專利名稱：同步電機(jī)微機(jī)勵磁控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種同步電機(jī)勵磁控制器，尤其涉及一種采用軟、硬件相 結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)精確控制目的的同步電機(jī)微機(jī)勵磁控制器，屬于同步電機(jī)勵 磁控制器的生產(chǎn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
同步電動機(jī)是各工業(yè)行業(yè)應(yīng)用比較廣泛的動力設(shè)備之一，它運(yùn)轉(zhuǎn)的連續(xù)性 和可靠性直接影響工廠的生產(chǎn)。而同步電動機(jī)勵磁部分性能的好壞，將直接影 響同步電機(jī)的安全運(yùn)行，如果保護(hù)措施不完善，輕者停機(jī)造成工藝流程的中斷， 重者則會造成電機(jī)的永久性損壞及其它更嚴(yán)重的后果，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn) 行。
同步電機(jī)的勵磁線圈由同步電機(jī)勵磁控制器來控制，所以同步電機(jī)勵磁控 制器的好壞在很大程度上決定了同步電機(jī)的性能及其應(yīng)用效果，是以同步電機(jī) 為動力設(shè)備的生產(chǎn)行業(yè)的重要設(shè)備之一。
目前，在各工礦企業(yè)中，普遍采用全硬件化的勵磁柜作為同步電機(jī)勵磁控
制器，如我國普遍采用的KGLF系列勵磁柜等。這種勵磁柜的缺陷較多，比如 采用電位器作為調(diào)整電流、電壓的元件，其控制的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性都 較差，而且所需元件數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用體積大；采用變壓器隔離取同步 信號，體積大、成本高，抗干擾能力不夠強(qiáng)；應(yīng)用于往返式壓縮機(jī)上的同步電 機(jī)在運(yùn)行時，因作功時勵磁電壓、電流較大而不作功時勵磁電壓、電流較小， 所以勵磁電壓、電流的波動較大，其采樣難度大、精確度低；采用觸點(diǎn)式開關(guān) 器件滅磁，其滅磁性能較差，可能因延遲滅磁時間而造成安全事故。除了上述 問題，現(xiàn)有的傳統(tǒng)勵磁柜都還有較多缺陷，在此不一一列舉，總之，現(xiàn)有的傳 統(tǒng)勵磁柜已很難適應(yīng)現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種全新的同步電機(jī)微 機(jī)勵磁控制器，這種勵磁控制器采用軟、硬件相結(jié)合的方式，可以實(shí)現(xiàn)體積小 型化、控制精確化、性能穩(wěn)定化的理想目標(biāo)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案-
本實(shí)用新型包括主電路和控制電路，其控制電路的同步輸入端與三相交流 電源對應(yīng)連接，控制電路的信號輸出端與同步電動機(jī)勵磁線圈的電源接觸器的 信號輸入端連接，用于對同步電動機(jī)在啟動及運(yùn)行過程中的控制及保護(hù)，其創(chuàng) 新之處在于三相交流電源的同步輸入信號與隔離器的輸入端連接，隔離器的 信號輸出端與微處理器的信號輸入端連接，微處理器的電源輸入端與變壓器的 直流輸出端連接，微處理器的各信號輸出端分別與輸出驅(qū)動裝置、滅磁系統(tǒng)、 恒磁跟蹤系統(tǒng)、失步采樣系統(tǒng)的信號輸入端連接。
本實(shí)用新型采用微處理器+軟件作為控制系統(tǒng)，不用電位器作調(diào)整，控制更 加精確、穩(wěn)定、可靠，適應(yīng)性更強(qiáng)，同時用軟件替代以前產(chǎn)品中的大量元器件， 既使整個產(chǎn)品顯得簡單、明了，節(jié)省了大量體積，又能避免元器件過多造成的 高故障率及不易更改性；而軟、硬件結(jié)合的滅磁系統(tǒng)和恒磁跟蹤系統(tǒng)的使用， 使同步電機(jī)的啟動及運(yùn)行過程更加安全、平穩(wěn)，其采樣也更加精確。
本實(shí)用新型中隔離器的具體優(yōu)選技術(shù)方案是，與微處理器的信號輸入端連 接的隔離器為光耦隔離器；微處理器的各信號輸出端與光耦隔離器連接后再分 別與輸出驅(qū)動裝置、滅磁系統(tǒng)、恒磁跟蹤系統(tǒng)、失步采樣系統(tǒng)的信號輸入端連 接。所述光耦隔離器為三個光耦合器的信號輸入端的火線接頭分別與電阻R 和二極管D串聯(lián)連接后再分別與三相輸入電源的火線連接，三個光耦合器的信 號輸入端的零線接頭均與三相輸入信號的零線并聯(lián)連接。上述光耦隔離器的體 積小、成本低、安裝方便；大阻值電阻R使光耦隔離器的抗干擾能力增強(qiáng)，隔 離效果好。
本實(shí)用新型的主電路采用無續(xù)流二極管的三相半控橋式整流電路，并與滅
磁系統(tǒng)相連，保證電機(jī)的正常啟動。
所述恒磁跟蹤系統(tǒng)所采用的方法為將采樣周期的時間設(shè)定為同步壓縮機(jī) 往返轉(zhuǎn)速周期時間的整倍數(shù)；根據(jù)采樣周期內(nèi)的頻率數(shù)，不斷調(diào)整可控硅的導(dǎo) 通角，跟蹤調(diào)整采樣周期內(nèi)的頻率數(shù)。這種方法使采樣的準(zhǔn)確度大大提高，明 顯增強(qiáng)了恒磁效果。
本實(shí)用新型的有益效果在于
綜上所述，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)采用軟、硬件控制，其控制的連續(xù) 性、穩(wěn)定性和可靠性高，避免了用電位器作為調(diào)整電流、電壓的元件所導(dǎo)致的 元件數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用體積大的缺點(diǎn)；采用光耦隔離器隔離取同步信號， 體積小、成本低，抗干擾能力強(qiáng)；恒磁跟蹤系統(tǒng)采樣的精確度高，恒磁效果好， 電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠；采用非觸點(diǎn)式開關(guān)器件滅磁，其滅磁性能好、反應(yīng)靈敏， 不會因延遲滅磁時間而造成安全事故；總的來說，本實(shí)用新型具有良好的穩(wěn)定 性，控制功能強(qiáng)，調(diào)試簡單，維護(hù)方便，體積小，壽命長，有利于推動同步電 機(jī)應(yīng)用行業(yè)的穩(wěn)定、快速發(fā)展。


圖1是本實(shí)用新型在應(yīng)用中的電路結(jié)構(gòu)示意圖2是本實(shí)用新型中光耦隔離器的電路結(jié)構(gòu)示意圖3是本實(shí)用新型柜體的主視結(jié)構(gòu)示意圖4是本實(shí)用新型柜體去掉前門后的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步具體說明
如圖3所示，本實(shí)用新型的柜體前面板上主要設(shè)置有各種指示燈、表及控 制按鈕和開關(guān)，使整個設(shè)備的運(yùn)行情況一目了然，控制也非常方便。其中，1 為功率因數(shù)表，用于指示電網(wǎng)的功率因數(shù)；2為交流電流表，用于指示同步電 機(jī)的定子電流；3為直流電壓表，用于指示勵磁電壓；4為直流電流表，用于指 示勵磁電流；5為主令開關(guān)，是用于控制電源的開關(guān)；6為轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于使本
發(fā)明至于三種不同工作狀態(tài)調(diào)試、停機(jī)和允許運(yùn)行；7為開車按鈕，用于啟 動電機(jī)；8為開車指示燈，用于指示電機(jī)開啟狀態(tài)；9為分閘指示燈，用于指示 主回路分閘狀態(tài)；IO為合閘指示燈，用于指示主回路合閘狀態(tài)；ll為運(yùn)行指示 燈，用于指示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；12為故障指示燈，用于指示故障信息。
如圖4所示，本實(shí)用新型的柜體內(nèi)安裝有各電器部件，其中，13為風(fēng)機(jī)， 用于對柜體元器件強(qiáng)迫風(fēng)冷，保護(hù)各元器件；14為功率單元，為裝置主回路， 安裝有晶閘管4只，二極管4只，備用晶閘管l只，散熱器一個；15為整流變 壓器，用于降壓及隔離；16為安裝板，在其上安裝有空氣開關(guān)QM，接觸器KM， 電鈴及功率因素變換器；17為微處理器(即微機(jī)控制器CPU)，用于通過軟件實(shí) 現(xiàn)對脈沖、投勵、滅磁、失步、缺相、欠流、過流的控制及處理；18為放電電 阻，是滅磁放電用的限流電阻。
本實(shí)用新型的重點(diǎn)在于電路方面的創(chuàng)新，如圖1所示，圖中虛線框內(nèi)為本 實(shí)用新型的控制電路結(jié)構(gòu)示意圖，其電源輸入端與三相交流電源連接，其信號 輸出端與同步電動機(jī)勵磁線圈的電源接觸器的信號輸入端連接，用于對同步電 動機(jī)在啟動及運(yùn)行過程中的控制及保護(hù)，三相交流電源的同步輸入信號與光耦 隔離器的輸入端連接，光耦隔離器的信號輸出端與微處理器的信號輸入端連接， 微處理器的電源輸入端與變壓器的直流輸出端連接，微處理器的各信號輸出端 與光耦隔離器連接后再分別與輸出驅(qū)動裝置、滅磁系統(tǒng)、恒磁跟蹤系統(tǒng)、失步 采樣系統(tǒng)的信號輸入端連接。
如圖1和圖2所示，具體而言，所述光耦隔離器為三個光耦合器的信號 輸入端的火線接頭分別與電阻R和二極管D串聯(lián)連接后再分別與同步輸入信號 的火線連接，三個光耦合器的信號輸入端的零線接頭均與同步輸入信號的零線 連接。上述光耦隔離器的體積小、成本低、安裝方便；大阻值電阻R使光耦隔 離器的抗干擾能力增強(qiáng)，隔離效果好。
如圖1所示，本實(shí)用新型的主電路采用無續(xù)流二極管的三相半控橋式整流 電路，并與滅磁系統(tǒng)相連，保證電機(jī)的正常啟動。
針對同步壓縮機(jī)，本實(shí)用新型所述恒磁跟蹤系統(tǒng)所采用的方法為將采樣
周期的時間設(shè)定為同步壓縮機(jī)往返轉(zhuǎn)速周期時間的整倍數(shù)；根據(jù)采樣周期內(nèi)的
頻率數(shù)，不斷調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角，跟蹤調(diào)整采樣周期內(nèi)的頻率數(shù)。這種方法 使采樣的準(zhǔn)確度大大提高，明顯增強(qiáng)了恒磁效果。
本實(shí)用新型采用微處理器+軟件作為控制系統(tǒng)，不用電位器作調(diào)整，控制更 加精確、穩(wěn)定、可靠，適應(yīng)性更強(qiáng)，同時用軟件替代以前產(chǎn)品中的大量元器件， 既使整個產(chǎn)品顯得簡單、明了，節(jié)省了大量體積，又能避免元器件過多造成的
高故障率及不易更改性；而軟、硬件結(jié)合的滅磁系統(tǒng)和恒磁跟蹤系統(tǒng)的使用， 使同步電機(jī)的啟動及運(yùn)行過程更加安全、平穩(wěn)，其采樣也更加精確。
下面再結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的啟動工作原理及微機(jī)控制原理作進(jìn)一步說 明，以證明本實(shí)用新型的可操作性
如圖l所示，當(dāng)同步電機(jī)啟動時，滅磁環(huán)節(jié)首先工作，使轉(zhuǎn)子感應(yīng)交變電
流，兩半波都通過放電電阻RF，保證電機(jī)的正常啟動，啟動過程中整流主電路 晶閘管無脈沖，處于阻斷狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)啟動至亞同步速度時(轉(zhuǎn)子滑差為0.05) 或定時時間到微機(jī)自動發(fā)出投勵信號，使觸發(fā)脈沖加到主回路晶閘管VT1—— VT3上，裝置立即向電機(jī)投入勵磁電流，將同步電機(jī)拖入同步運(yùn)行，同時滅磁 結(jié)束。
結(jié)合圖1和圖4，微處理器的主芯片采用工業(yè)控制芯片。輸入采樣、輸出 驅(qū)動信號都經(jīng)過光耦隔離器進(jìn)行隔離，增強(qiáng)了整機(jī)的抗干擾性。下面分述各主 要控制原理
(1)同步移相原理同步信號通過A1、 Bl、 Cl交流電源，經(jīng)電阻限
流，光耦隔離變換而取得。微機(jī)根據(jù)不同參數(shù)的設(shè)置情況進(jìn)行 移相，經(jīng)光耦隔離、達(dá)林頓管驅(qū)動及脈沖變壓器的再次隔離變 換，分別輸出三相脈沖觸發(fā)信號直接觸發(fā)三只整流可控硅。移
相參數(shù)由K1確定(0^~180°,共分為6檔)， 一當(dāng)K1確定， 相移的上、下限參數(shù)就確定了，微機(jī)將把K1對應(yīng)的相移角度減
小15% (控制角變小)作為上限參數(shù)，把K1對應(yīng)的相移角度增 大15%作為下限參數(shù)。上、下限的確定，是為了避免調(diào)節(jié)時出現(xiàn) 勵磁電壓過高或過低的可能。通過調(diào)節(jié)面板上的"上升"和"下 降"鍵，可以改變移相角度的大小，即勵磁電壓的大小，因設(shè) 置了上、下限參數(shù)，所以勵磁電壓的調(diào)節(jié)只能在一定范圍。當(dāng) Kl不打上時，通過上、下鍵，可以在0——180。之間任意調(diào)節(jié)。 由于采用了數(shù)字化處理，所以"上升"和"下降"鍵調(diào)節(jié)平滑， 避免了用電位器調(diào)節(jié)接觸不良而"打表"的現(xiàn)象。
(2) 恒磁跟蹤原理采用閉環(huán)控制原理，勵磁的輸出通過數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)，微機(jī)把采集到的數(shù)據(jù)分析處理后，不斷調(diào)整移相角度， 使電壓波動后的勵磁輸出為 一恒磁。
(3) 失步檢測原理失步檢測所取信號，是從串接在勵磁回路中的 分流器上測取的不失真的毫伏信號。當(dāng)電動機(jī)失步時，會在其 轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生不衰減的交流信號，此分量也同樣會加在分流器 上，通過監(jiān)測分流器上的毫伏信號，微機(jī)對波形特征進(jìn)行分析， 就能快速而準(zhǔn)確地判斷電機(jī)是否失步。對于各種失步，不論其 滑差大小，裝置均能判斷，并動作于滅磁及保護(hù)跳閘。
(4) 滅磁檢測原理在正常運(yùn)行或滅磁試驗(yàn)中，當(dāng)KQ導(dǎo)通時，勵磁 電壓加于RF上，通過檢測此電壓的有無即可知道KQ的滅磁情 況。
權(quán)利要求1、一種同步電機(jī)微機(jī)勵磁控制器，包括主電路和控制電路，其電源輸入端與三相交流電源連接，其信號輸出端與同步電動機(jī)勵磁線圈的電源接觸器的信號輸入端連接，用于對同步電動機(jī)在啟動及運(yùn)行過程中的控制及保護(hù)，其特征在于三相交流電源的同步輸入信號與隔離器的輸入端連接，隔離器的信號輸出端與微處理器的信號輸入端連接，微處理器的電源輸入端與變壓器的直流輸出端連接，微處理器的各信號輸出端分別與輸出驅(qū)動裝置、滅磁系統(tǒng)、恒磁跟蹤系統(tǒng)、失步采樣系統(tǒng)的信號輸入端連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電機(jī)微機(jī)勵磁控制器，其特征在于與微處理 器的信號輸入端連接的隔離器為光耦隔離器;微處理器的各信號輸出端與 光耦隔離器連接后再分別與輸出驅(qū)動裝置、滅磁系統(tǒng)、恒磁跟蹤系統(tǒng)、失 步采樣系統(tǒng)的信號輸入端連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步電機(jī)微機(jī)勵磁控制器，其特征在于所述光耦 隔離器為三個光耦合器的信號輸入端的火線接頭分別與電阻R和二極管 D串聯(lián)連接后再分別與三相輸入電源的火線連接，三個光耦合器的信號輸 入端的零線接頭均與三相輸入信號的零線并聯(lián)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種同步電機(jī)微機(jī)勵磁控制器，包括主電路和控制電路，用于對同步電動機(jī)在啟動及運(yùn)行過程中的控制及保護(hù)，其特征在于三相交流電源的同步輸入信號與隔離器的輸入端連接，隔離器的信號輸出端與微處理器的信號輸入端連接，微處理器的電源輸入端與變壓器的直流輸出端連接，微處理器的各信號輸出端分別與輸出驅(qū)動裝置、滅磁系統(tǒng)、恒磁跟蹤系統(tǒng)、失步采樣系統(tǒng)的信號輸入端連接。本實(shí)用新型采用微處理器+軟件作為控制系統(tǒng)，不用電位器作調(diào)整，控制更加精確、穩(wěn)定、可靠，適應(yīng)性更強(qiáng)；本實(shí)用新型使同步電機(jī)的啟動及運(yùn)行過程更加安全、平穩(wěn)。
文檔編號H02K19/02GK201204560SQ200820063318
公開日2009年3月4日 申請日期2008年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者堅(jiān) 吳 申請人:堅(jiān) 吳