直流电机软启动器及其软启动方法技术

本发明专利技术属电机控制、功率变换技术领域，尤其涉及一种直流电机软启动器及其软启动方法，它包括电流检测单元、单片机、液晶显示模块、IGBT驱动模块及IGBT模块；所述电流检测单元包括电流传感器及A/D转换模块；主电路电流信号经所述电流传感器处理及A/D转换模块转换后送入单片机；所述单片机的输出端口分别接液晶显示模块与IGBT驱动模块的输入端口；所述IGBT驱动模块的输出端口经IGBT模块接电动机电枢（M）输入端口；IGBT驱动模块用于驱动IGBT模块并通过启动绕组的状态切换实现系统的启动操作。本发明专利技术可以在高频下工作，实现无级平滑，快速启动，温升影响及功率损耗小，电磁兼容性好，抗干扰能力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属电机控制、功率变换
，尤其涉及一种。
技术介绍
在电力、化工、钢铁、铸造、塑料材料加工、环保、通讯等领域广泛使用的备用蓄电池组动力系统中，均为直流电动机拖动。由于直流电动机直接启动时，所需电流是额定电流的6-8倍，对备用蓄电池组等线路冲击较大，极易造成电动机线圈烧损、损坏充电器、主回路断路等现象，使设备无法正常运行。目前大部分的直流电机的启动仍使用传统的方法:使用直流接触器与在直流电机的电枢回路中串入大功率电阻实现降压启动，通过电阻降压来限制电动机的启动电流，当电流或转速达到额定值的一定比例时，通过直流接触器将电阻旁路，使用这种方式的优点是控制简单，成本低；但是其也有很多的缺点是:(1)电阻降压启动时只能将电动机的启动电流降至额定电流的2倍，仍然会造成直流系统的电压瞬间跌落，以致影响到继电保护装置的稳定工作；(2)直流接触器在多次使用后经常发生触电粘连和碳化现象；(3)无保护报警功能，不能及时监测与发现潜在故障。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足之处而提供一种可以在高频下工作，实现无级平滑，快速启动，温升影响及功率损耗小，电磁兼容性好，抗干扰能力强的。 为解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的。直流电机软启动器，它包括电流检测单元、单片机、液晶显示模块、IGBT驱动模块及IGBT模块；所述电流检测单元包括电流传感器及A/D转换模块；主电路电流信号经所述电流传感器处理及A/D转换模块转换后送入单片机；所述单片机的输出端口分别接液晶显示模块与IGBT驱动模块的输入端口 ；所述IGBT驱动模块的输出端口经IGBT模块接电动机电枢(M)输入端口 ；IGBT驱动模块用于驱动IGBT模块并通过启动绕组的状态切换实现系统的启动操作。作为一种优选方案，本专利技术所述IGBT驱动模块采用EXB841驱动器。进一步地，本专利技术所述IGBT模块可包括IGBTQ1、IGBTQ2及IGBTQ3 ;所述IGBTQ3经励磁绕组接至供电主回路，其作为励磁绕组开关，用于控制励磁绕组的通断；所述启动绕组经IGBTQl接至供电主回路；所述电机电枢M经IGBTQ2接至供电主回路；IGBTQ2用于控制启动绕组的状态切换，以使电机进入额定工作状态；IGBT驱动模块接收来自单片机的驱动信号，对输入电压进行斩波，并分别驱动IGBTQ1、IGBTQ2及IGBTQ3。更进一步地，本专利技术所述电流传感器采用闭环型霍尔电流传感器。更进一步地，本专利技术所述A/D转换模块可采用ADC0820。作为一种优选方案，本专利技术所述IGBTQ1、IGBTQ2及IGBTQ3可采用600A/1200V的IGBT。另外，本专利技术在系统设计时还可设有故障检测模块；所述故障检测模块的输出端口与单片机的输入端口相接。上述直流电机软启动器的软启动方法，可按如下步骤实施。(I)检测启动实时的电枢电流，进行AD转换，输入单片机。(2)实时电流与启动电流最大和最小设定进行比较，以此来增加和减小驱动IGBT模块的脉宽时间。(3)脉宽随时间逐渐增加 ，IGBT驱动模块依据脉冲驱动IGBT (Ql)进行开关动作，从而在电动机电枢(M)上得到随时间逐渐上升的直流电压；电机转速随电压升高逐渐至额定转速。(4)在占空比达到100%以后，启动绕组任务完成，由单片机控制切换工作IGBT模块工作状态，电动机进入额定运行状态。进一步地，本专利技术所述直流电压给定通过调节PWM信号的占空比实现，占空比的调节以1%为递增或递减单位。本专利技术可以在高频下工作，实现无级平滑，快速启动，温升影响及功率损耗小，电磁兼容性好，抗干扰能力强。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点。(I) IGBT开关器件可以在高频下工作，电机启动过程中的电枢电压或电流的波动频率可以设计得很高，从而可将最大启动电流Iastmax与最小启动电流Iastmin之间的差值设定得很小，电动机可获得近似恒流的启动特征，实现无级平滑、快速启动。(2)由于直接控制实际电枢电流Ia跟踪给定启动电流last，所以启动电流、启动转矩不受负载大小、转速上升快慢、电源电压高低的影响，可以十分方便的通过控制电路设定所需的启动电流和启动转矩。(3)取消了启动电阻，没有因电阻带来的温升影响和功率损耗。(4)启动电流波动小，不会对电网产生冲击，可以延长电动机的使用寿命。电磁兼容性好，抗干扰能力强。附图说明下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术的保护范围不仅局限于下列内容的表述。图1为本专利技术直流电机软启动器的电路原理框图。图2为本专利技术直流电机软启动器的具体电路原理图。图3为本专利技术A/D转换模块与单片机电路原理图。图4为电流电压转换及电压跟随电路。图5为2SD315A驱动器外围接线图。图6为本专利技术IGBT驱动模块EXB841外围接线图。图7为本专利技术液晶显示模块接线图。图8为本专利技术软起动主程序流程框图。图9为本专利技术软起动子程序流程图。具体实施例方式如图所示，直流电机软启动器，它包括电流检测单元、单片机、液晶显示模块、IGBT驱动模块及IGBT模块；所述电流检测单元包括电流传感器及A/D转换模块；主电路电流信号经所述电流传感器处理及A/D转换模块转换后送入单片机；所述单片机的输出端口分别接液晶显示模块与IGBT驱动模块的输入端口 ；所述IGBT驱动模块的输出端口经IGBT模块接电动机电枢M输入端口 ； IGBT驱动模块用于驱动IGBT模块并通过启动绕组的状态切换实现系统的启动操作。本专利技术系在直流供电的情况下，以高性能单片机作为控制核心，采用脉宽调制技术，通过可关断器件IGBT进行直流斩波，从而实现电机的软启动。参见图1及图2，本专利技术技术方案是:220V的直流电源，通过熔断器进入由一个电流传感器及A/D转换模块、三个IGBT和两个续流二极管构成的主回路。启动开始后，IGBTQ3打开，励磁绕组(If为励磁电流)进入工作状态，同时保持IGBTQ2处于关断状态，IGBTQl接收到控制电路输出的驱动信号后开始工作，以预设的控制算法对输入电压进行斩波，在启动的时候电机的启动绕组通过IGBTQl接入到供电主回路中，用以增加启动转矩和减小启动电流，随着电机两端平均电压逐渐升 高，当电枢电流接近额定值时，控制信号将使IGBTQ2打开，关断IGBTQ1，切除启动绕组，仅电动机电枢M接入供电主回路，电机进入额定工作状态，系统启动完成。本专利技术硬件系统采用三个电力电子开关器件IGBTQ1、IGBTQ2和IGBTQ3。IGBTQl的作用是通过斩波来控制在电机启动过程中电动机电枢M两端的电压，使电机转速逐渐上升；IGBTQ2的作用是用来控制在电机启动过程完成后用来切除启动绕组，使电机进入额定工作状态；所述IGBTQ3经励磁绕组接至供电主回路，其IGBTQ3用来作为励磁绕组的开关，控制励磁电路的通断。本专利技术的工作过程:蓄电池组直流电压经熔断器、霍尔电流传感器、IGBT模块，进入启动绕组；电动机电枢M和励磁绕组构成回路；启动开始后，功率开关管IGBTQ3打开，励磁系统进入工作，同时保持功率开关管IGBTQ2处于关断状态，功率开关管IGBTQl接收到控制系统输出的驱动信号后开始工作，以预设的控制算法对输入电压进行斩波，在启动时，电机的启动绕组通过功率开关管IGBTQl接入到了供电主回路中，用以增本文档来自技高网...

【技术保护点】
直流电机软启动器，其特征在于，包括电流检测单元、单片机、液晶显示模块、IGBT驱动模块及IGBT模块；所述电流检测单元包括电流传感器及A/D转换模块；主电路电流信号经所述电流传感器处理及A/D转换模块转换后送入单片机；所述单片机的输出端口分别接液晶显示模块与IGBT驱动模块的输入端口；所述IGBT驱动模块的输出端口经IGBT模块接电动机电枢（M）输入端口；IGBT驱动模块用于驱动IGBT模块并通过启动绕组的状态切换实现系统的启动操作。

【技术特征摘要】
1.直流电机软启动器，其特征在于，包括电流检测单元、单片机、液晶显示模块、IGBT驱动模块及IGBT模块；所述电流检测单元包括电流传感器及A/D转换模块；主电路电流信号经所述电流传感器处理及A/D转换模块转换后送入单片机；所述单片机的输出端口分别接液晶显示模块与IGBT驱动模块的输入端口 ；所述IGBT驱动模块的输出端口经IGBT模块接电动机电枢(M)输入端口 ；IGBT驱动模块用于驱动IGBT模块并通过启动绕组的状态切换实现系统的启动操作。2.根据权利要求1所述的直流电机软启动器，其特征在于:所述IGBT驱动模块采用EXB841驱动器。3.根据权利要求2所述的直流电机软启动器，其特征在于:所述IGBT模块包括IGBT(Q1)、IGBT (Q2)及IGBT (Q3);所述IGBT (Q3)经励磁绕组接至供电主回路，其作为励磁绕组开关，用于控制励磁绕组的通断；所述启动绕组经IGBT (Ql)接至供电主回路；所述电机电枢(M)经IGBT (Q2)接至供电主回路；IGBT (Q2)用于控制启动绕组的状态切换，以使电机进入额定工作状态；IGBT驱动模块接收来自单片机的驱动信号，对输入电压进行斩波，并分别驱动 IGBT (Ql), IGBT (Q2)及 IGBT (Q3)。4.根据权利要求3所述的直流电机软启动器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李思国，王付鹏，穆明远，王金光，李彦军，涂兴建，
申请(专利权)人：大连庆鸿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：