專利名稱：混凝土振搗器用變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及砼用振搗器的專用電源及配套控制設(shè)備。
建筑行業(yè)，特別是水工建筑施工中混凝土振搗器采用二種頻率分別為150和200HZ，電壓均為48V的感應(yīng)異步電動機為動力的偏心旋轉(zhuǎn)式插入振搗器。其電源裝置是由電動機同軸驅(qū)動的發(fā)電機組，即變頻器，每種產(chǎn)品僅只提供一種輸出的頻率電流，以及用于變頻器保護和遠距離控制“啟動”的繼電輔助設(shè)備。其缺點是1、采用機械部分，維修任務(wù)重，2、噪音大，3、體積大。
本實用新型目的是提供一種無機械部分、無噪音、體積小、即PWM變頻和控制設(shè)備為一體的混凝土振搗器用變頻器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種混凝土振搗器用變頻器，包括與電源裝置相連的變壓、整流、濾波電路提供直流電源，構(gòu)成電源電路；與振搗器相連接的微控制器，其特征在于微控制器由帶脈寬調(diào)制的單片機或集成電路組成，產(chǎn)生脈寬、時序、控制信號；驅(qū)動器與微控制器連接，驅(qū)動器與電源電路相連，完成脈寬調(diào)制信號驅(qū)動，產(chǎn)生驅(qū)動電壓；開關(guān)功率器件與驅(qū)動電路輸出端連接，接受驅(qū)動電路產(chǎn)生的驅(qū)動電壓，產(chǎn)生三相有效值為正弦的交流電構(gòu)成變頻器，驅(qū)動振搗器。開關(guān)功率器件采用IGBT模板和MOSFET管。微控制器為80×96系列單片機8098作為主機。變頻器與振搗器的四線連接方式，用微處理器和接口電路構(gòu)成指令信號檢測電路，完成辨別和處理，獲得控制指令及“啟動”、“停止”和干擾信號。
由于本實用新型是由帶脈寬的調(diào)制器(PWM)的微控制器和開關(guān)功率器件構(gòu)成的逆變器電源，即PWM變頻器，可供給實現(xiàn)砼用150/200HZ二種三相交流電，其特點有1、無機械部分，可免除機械維護；2、無噪音，體積小，易于移動；3、增設(shè)可變頻多用途和輔助功能；4、機電保護與控制于一體，是一種理想的振搗器專用變頻器，可廣泛的用于建筑施工部門。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。


圖1是本實用新型的原理框圖。
圖2是本實用新型檢測信號原理圖。
圖3是本實用新型的電路原理圖。
圖4是本實用新型的電路原理圖。
圖5-圖7是本實用新型實施例的程序框圖。
脈寬調(diào)制(PWM)和大功率開關(guān)器件構(gòu)成的逆變器作異步感應(yīng)電機的驅(qū)動級，可實現(xiàn)三相交流電的變頻調(diào)速。其原理是載波頻率的脈寬以正弦方式變換三相SPWM變頻器調(diào)制脈寬為△A＝TR/2(1+MSinai)△B＝TR/2(1+MSin(ai+2/3π))△C＝TR/2(1+MSin(ai+4/3π))其中TR-載波周期M-電壓調(diào)制比ai-各載波位角(i＝1，2，3，......R)載波周期TR按下式計算TR=1Rf]]>其中R-載波比f-變頻器輸出頻率本實用新型由帶PWM的單片機(微控制器)包括相應(yīng)軟件，信號檢測電路，驅(qū)動和保護電路等組成，結(jié)構(gòu)見附
圖1。
系統(tǒng)將工頻電源經(jīng)變壓、整流、濾波得到50V直流后作為逆變器的電源。由微控制器80×96系列單片機依據(jù)指令和運行情況要求，其主程序和波形發(fā)生器提供SPWM脈寬、時序和控制信號，構(gòu)成核心部分。產(chǎn)生的三相六路PWM信號由HSO高速輸出端口去觸動驅(qū)動電路。依據(jù)現(xiàn)混凝土用振搗器要求，變頻器僅需輸出固定的150和200HZ二種工作頻率的三相交流電，頻率變換可手動切換主程序參數(shù)即可實現(xiàn)。大功率開關(guān)器件前的專用驅(qū)動器IC具有過流、過壓、錯誤邏輯控制保護電路，以保證大功率開關(guān)器件工作在合法工作狀態(tài)，苦處于非法狀態(tài)時即可封鎖本驅(qū)動級輸出，同時告知微控制器。大功率開關(guān)器件采用IGBT模板或MOSFET管，其柵極是電壓驅(qū)動，抗干擾能力強，驅(qū)動比較簡單。
原變頻器和繼電控制是采用四線與振搗器連接，其中一線為控制檢測信號，當此線與另三線其中一線觸合時，以獲得“啟動”“停止”信號指令，為了與原設(shè)備兼容，檢測控制信號也應(yīng)依此方式實現(xiàn)，采用圖2的檢測信號電路，變頻器處于“停止”狀態(tài)時CPU啟動待“啟動”程序，若獲得“啟動”信號后程序首先停止待“啟動”程序，再啟動PWM變頻器。當檢測到“停止”信號時，程序應(yīng)檢查是否是“啟動”工作狀態(tài)，若是即停止PWM變頻器，運行程序設(shè)消擅過程，避免干擾引起誤操作。為了使逆變器安全可靠地工作，本逆變器采用過流、過壓等保護功能，系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測，一但出現(xiàn)異常提請中斷，微處理器停止PWM波輸出，同時將故障以代碼形式存于內(nèi)存中，以便故障檢修時通過讀取故障代碼來，迅速判斷變頻器是否發(fā)生故障，從而使維修工作便捷迅速。
單片機及PWM變頻器的硬件結(jié)構(gòu)；控制部分結(jié)構(gòu)原理圖如圖3所示，選用功能較強MOS-80×96系列單片機8098作為系統(tǒng)主機，并使用8098是的PWM功能。驅(qū)動與逆變器電路見圖4所示。
1、由于8098不帶內(nèi)部程序存貯器，因此利用8KEPROM2764作程序存貯器和PWM數(shù)據(jù)表存貯器，2764地址為2000H-3FFFH，片選信號來自譯碼器74LS139的IC5BY1。I/O用8255進行擴展，8255工作在方式“0”，PA和PC的高四位構(gòu)成顯示，報警輸出部分，顯示器由B1-B7、N1-N3驅(qū)動。Pc高四位和低四位構(gòu)成鍵盤輸入部分。顯示器采用三位LED進行動態(tài)顯示，指令由S1-S6鍵入，8255地址為4000H-4004H。
2、主電路控制、數(shù)據(jù)采集與檢測均采用光隔，OP1和03以及QIBH網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成欠壓檢測，電壓信號由8089的ACH端口輸入，進行A/D轉(zhuǎn)換。CAO網(wǎng)絡(luò)和O4構(gòu)成過流檢測，驅(qū)動器IC1片內(nèi)運放，經(jīng)O4至ACH6進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的電流，電壓檢測數(shù)據(jù)由微處理器進行處理。根據(jù)故障由IC1片內(nèi)處理器和R10-R12構(gòu)成，故障檢測網(wǎng)絡(luò)，當極限故障由IC1比較器提供否定邏輯，封鎖驅(qū)動器同時提出中斷請求，由CPU外部中斷響應(yīng)對系統(tǒng)封鎖處理(報警、記錄、停止PWM輸出等)。
3、PWM端口、O2，SCR網(wǎng)絡(luò)和R14、S1構(gòu)成防沖和變頻器啟動時的保護，當主電路和變頻器啟動時由CPU程序截止S1使R14串接于電源中以防啟動時的電流沖擊，運行時由程序指令導(dǎo)通S1，短接R14使電路處于運行工作狀態(tài)。EKG開關(guān)在CPU指令要求下接受變頻器遠距離“啟動”和“停止”信號。
4、驅(qū)動器IC1，完成PWM信號驅(qū)動，由內(nèi)部電路提供各級功率器件的驅(qū)動電壓，由功率器件據(jù)PWM信號“開啟”和“截止”，形成SPWM的三相正弦交變電，驅(qū)動異步電機構(gòu)成的振搗器。
系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)；
單片機軟件結(jié)構(gòu)總體方案確保變頻器設(shè)備安全可靠地啟動和運行，軟件上采用“啟動/運行”雙循環(huán)檢測控制，故障的檢測和保護采用的軟件連續(xù)監(jiān)視進行；極障故障采用中斷處理方式；PWM運行采用HSO中斷方式進行；顯示和鍵盤工作的動態(tài)循環(huán)；程序見框圖所示1。
1、主程序主程序中包含有兩個循環(huán)，主電路開啟前檢測循環(huán)完成變頻器工作前的主電路狀態(tài)檢測，只有在無故障時允許“啟動”指示L1置位。即可進入第二循環(huán)，查詢外部輸入指令“啟動”“停止”“正/反轉(zhuǎn)”和頻率設(shè)置，啟動各項檢測程序和顯示器按顯示緩沖器內(nèi)容動態(tài)顯示。主程序初始化后，指令低電流繼電器吸合，使主電路與電源接通，并不斷測量電壓U，當U＜80％整流輸出不穩(wěn)定時，指令可控硅SOR-F截止，電路R14串接主電路中，電容充電回路可避免大電流沖擊，當U＞80％整流輸出穩(wěn)定值時，指令觸發(fā)SCR導(dǎo)通短接電阻R14。在變頻器啟動階段，由軟件指令截止SCR，用于主電路降壓避免感應(yīng)電機啟動時電流過大影響變頻器正常工作。
2、初始化程序初始化程序中除完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、中斷向量的設(shè)置以及8255工作方式初始化，同時對運行記錄清零和驅(qū)動器IC1初始置位，使功率器件在電路開啟時避免不正常狀態(tài)。
3、顯示鍵值響應(yīng)，運行檢測循環(huán)顯示和鍵盤檢測采用8255動態(tài)運行處理方式，CPU需不停地干于處理，系統(tǒng)工作狀態(tài)如“啟動”、“停止”允許啟動與否、頻率值、正/反轉(zhuǎn)狀態(tài)、故障狀態(tài)均寫入系統(tǒng)狀態(tài)寄存器中顯示程序?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)換成顯示代碼，寫入緩沖區(qū)進行循環(huán)顯示，并對鍵值檢測，記錄消擅后判斷是否指令成立，并執(zhí)行相應(yīng)指令程序，無指令情況下循環(huán)程序啟動各保護檢測過程，允許A/D轉(zhuǎn)換器中斷，此循環(huán)周期控制在小于20ms，循環(huán)檢測前應(yīng)檢查系統(tǒng)狀態(tài)，判斷是否必要，如在變頻器“啟動”階段。
4、“啟動”、“停止”處理程序在停止運行中，遠距離“啟動/停止”控制也使用HSO中斷提供檢測信號源，因此啟動和停止指令即是依據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)，判斷指令是否成立，并執(zhí)行相應(yīng)處理程序。停止狀態(tài)HSO可定時導(dǎo)通U1-U3、U4-U6始終處于截止狀態(tài)，EKG端接收啟動指令。運行狀態(tài)下EKG端同樣處于待“停止”檢測，如獲得指令時應(yīng)在確定啟動狀態(tài)下判斷與否。
5、PWM運行的HSO中斷處理
PWM在運行中脈寬應(yīng)按正弦方式變換，其脈寬值以表格方式按相位存儲在EPROM中，HSO中斷程序響應(yīng)時首先檢測上次已寫入數(shù)據(jù)的相位計數(shù)器，判斷各相中相位的最小值，依此計算其下次應(yīng)寫入脈寬地址，以查表方式查取脈寬值，在經(jīng)計算其時間值和觸發(fā)相號，后一并寫入HSO寄存器“CAM”中，待HSO自行處理，HSO中斷優(yōu)先級應(yīng)僅次于“WCINT”外部中斷。
6、運行保護檢測和極限故障的中斷程序主程序循環(huán)中定時啟動A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)以中斷方式進行處理。A/D轉(zhuǎn)換啟動應(yīng)控制在最寬的脈沖中以避免PWM對檢測的影響。中斷響應(yīng)后的檢測數(shù)據(jù)與上次數(shù)據(jù)進行比較，檢查變化情況，將變化情況作記錄待查，變化數(shù)據(jù)絕對值連續(xù)遞增，并超過極限值時，系統(tǒng)應(yīng)在指令下停止工作并報警，記錄。極限故障的中斷請求中CPU僅只停止PWM輸出，并按要求作運行記錄備查。
權(quán)利要求1.一種混凝土振搗器用變頻器，包括與電源裝置相連的變壓、整流、濾波電路提供直流電源，構(gòu)成電源電路；與振搗器相連接的微控制器，其特征在于微控制器由帶脈寬調(diào)制的單片機或集成電路組成，產(chǎn)生脈寬、時序、控制信號；驅(qū)動器與微控制器連接，驅(qū)動器與電源電路相連，完成脈寬調(diào)制信號驅(qū)動，產(chǎn)生驅(qū)動電壓；開關(guān)功率器件與驅(qū)動電路輸出端連接，接受驅(qū)動電路產(chǎn)生的驅(qū)動電壓，產(chǎn)生三相有效值為正弦的交流電構(gòu)成變頻器，驅(qū)動振搗器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土振搗器用變頻器，其特征在于開關(guān)功率器件采用IGBT模板和MOSFET管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土振搗器用變頻器，其特征在于微控制器為80×96系列單片機8098作為主機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土振搗器用變頻器，其特征在于變頻器與振搗器的四線連接方式，用微處理器和接口電路構(gòu)成指令信號檢測電路，完成辨別和處理，獲得控制指令及“啟動”、“停止”和干擾信號。
專利摘要一種混凝土振搗器用變頻器,包括與電源裝置相連的變壓、整流、濾波電路,與振動搗器相連接的由帶脈寬調(diào)制的單片機或集成電路組成的微控制器,產(chǎn)生脈寬、時序、控制信號;驅(qū)動器與微控制器、濾波電路相連,完成脈寬調(diào)制信號驅(qū)動,產(chǎn)生驅(qū)動電壓;開關(guān)功率器件與微控制器、驅(qū)動器輸出端連接,接受驅(qū)動電壓,產(chǎn)生三相正弦交流電,驅(qū)動振搗器。具有可免除機械維護,無噪音,體積小,易于移動,具備可變頻多用途和輔助功能,機電保護與控制于一體等特點。
文檔編號E04G21/08GK2376371SQ99237988
公開日2000年5月3日 申請日期1999年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月25日
發(fā)明者袁哲 申請人:袁哲