專利名稱：一種異步電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制及保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，尤其涉及一種自適應(yīng)節(jié)能控制及保護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前我國電力工業(yè)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到3. 16億kW，年發(fā)電量達(dá)到了 13500億kWh。我國的電力消耗僅次于美國位居世界第二位，但是我國人均用電量只有 1038kWh，還不到發(fā)達(dá)國家用電水平的10%。隨著工業(yè)化城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，無論在工業(yè)部門還是在日常生活領(lǐng)域，各種各樣的電機(jī)每年都消耗著大量的電能，根據(jù)有關(guān)資料的估計(jì)，通用三相異步電機(jī)每年耗電量約為全球發(fā)電總量的50%，如何降低電機(jī)能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和高效，越來越為人們所重視。電機(jī)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、被拖動(dòng)裝置、傳動(dòng)控制系統(tǒng)及管網(wǎng)負(fù)荷。電機(jī)系統(tǒng)用電量約占全國用電量的 60%，其中風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)和空調(diào)制冷劑的用電量分別占全國用電量的10.4%、20.9%、 9. 4%、和 6%。電機(jī)系統(tǒng)量大面廣，節(jié)電潛力巨大。我國現(xiàn)有電機(jī)系統(tǒng)存在的主要問題是電動(dòng)機(jī)被拖動(dòng)設(shè)備效率低，電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵等設(shè)備陳舊落后；系統(tǒng)匹配不合理，“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴(yán)重，設(shè)備長期低負(fù)荷運(yùn)行；系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式落后，大部分風(fēng)機(jī)、泵類采用機(jī)械節(jié)流方式調(diào)節(jié)， 效率比調(diào)速方式約低30% ；同時(shí)，現(xiàn)有電機(jī)系統(tǒng)未能對電機(jī)過載、缺相和三相不平衡情況下進(jìn)行控制保護(hù)；電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)電流較大，這不但會(huì)對電網(wǎng)造成沖擊，而且是一種能源浪費(fèi)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高異步電機(jī)的輕載或者變載時(shí)的經(jīng)濟(jì)性能，并且在節(jié)電控制系統(tǒng)中加入了過載保護(hù)，缺相保護(hù)以及三相不平衡等故障判斷和保護(hù)功能的一種異步電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制及保護(hù)系統(tǒng)。本發(fā)明解決技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種異步電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制及保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于包括系統(tǒng)核心控制模塊、電源模塊、功率因數(shù)模塊、模擬信號采集模塊、晶間管和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成；電源模塊、功率因數(shù)模塊、模擬信號采集模塊、晶間管和數(shù)據(jù)傳輸模塊和系統(tǒng)核心控制模塊連接。系統(tǒng)核心控制模塊有S3C44B0系列單片機(jī)、同步信號檢測模塊和觸發(fā)電路模塊組成，觸發(fā)電路模塊采用有兩個(gè)副繞阻的脈沖變壓器。模擬信號采集模塊由電壓信號采集模塊和電流信號采集模塊組成。使用時(shí)，先系統(tǒng)上電后對主芯片的各個(gè)控制寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置，然后讀取撥碼開關(guān)已設(shè)定好的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)功能設(shè)定。根據(jù)撥碼開關(guān)各個(gè)功能為的不同，系統(tǒng)可以設(shè)定軟啟動(dòng)啟動(dòng)電壓的高低、軟啟動(dòng)的快慢等相關(guān)功能，然后程序進(jìn)入上電后電源電壓檢測部分，若電源電壓不正常(通常情況是由于大意疏忽導(dǎo)致電源電壓連接不牢固)，則程序?qū)⑼Ａ粼谠撟映绦蜻M(jìn)行連續(xù)的檢測判斷，若電源電壓正常后，則跳出該子程序，進(jìn)入軟啟動(dòng)部分，并將晶間管初始控制角設(shè)為零，至此初始化程序結(jié)束。在完成軟啟動(dòng)后，在程序控制下的晶閘管會(huì)在全導(dǎo)通的情況下運(yùn)行大致一分鐘的時(shí)間，在這期間，交流電壓的采集首先經(jīng)過電壓互感器取樣后再送入前置差動(dòng)放大調(diào)理電路，對輸入電路進(jìn)行調(diào)理放大，調(diào)理后的信號輸入檢波電路，經(jīng)過檢波電路對交流信號進(jìn)行全波整流，整流后的信號經(jīng)過RC濾波電路轉(zhuǎn)換為直流信號，將該直流信號傳送給主控芯片。交流電流經(jīng)過電流互感器取樣后再送到電阻R18得到交流電壓信號，然后輸入相敏檢波電路，進(jìn)過相敏檢波電路對交流信號進(jìn)行全波整流，整流后的信號經(jīng)過RC濾波電路轉(zhuǎn)化為直流信號，將該直流信號傳送給主芯片進(jìn)行功率因數(shù)角的分析，如圖6所示，線電壓UAB作為電壓取樣信號，經(jīng)過電壓互感器Tl，由 R3分壓后輸送到比較器的同相端。UAB在負(fù)半周時(shí)，過零比較器輸出低電平，UAB在正半周上時(shí)，比較器輸出高電平。比較器輸出的信號同時(shí)也可以作為電壓同步信號直接送到單片機(jī)的外部中斷0。外部中斷0設(shè)置為邊沿觸發(fā)。單片機(jī)一旦檢測到電壓取樣信號由正變負(fù)躍變時(shí)，就能使定時(shí)器1和定時(shí)器輸入捕獲功能。線電流IAB經(jīng)電流互感器T2采樣R5采樣后，輸出到比較器的同相端，當(dāng)電流信號由負(fù)向正變化時(shí)，就觸發(fā)定時(shí)器1的輸入捕獲功能，通過讀取輸入捕獲寄存器ICRl的值，就可以得到電流相對電壓的時(shí)間延遲。如果A相電流過零，送A相觸發(fā)脈沖到晶閘管。若B相電流過零，松香B相觸發(fā)脈沖，此時(shí)判斷是否過載，若過載，打開交流接觸器旁路，在此判斷是否過載，直到負(fù)載正常，斷開旁路。若C相電流過零，送C相觸發(fā)脈沖，判斷三相電路是否不平衡，若不平衡，則對其進(jìn)行斷電復(fù)位，如果平衡，將其送至晶閘管實(shí)現(xiàn)降壓處理，根據(jù)負(fù)載實(shí)際情況開始調(diào)整電動(dòng)機(jī)端供電電壓。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為提高了異步電機(jī)的工作效率，在過載、三相不平衡以及缺相情況下使其自動(dòng)斷電，對其進(jìn)行保護(hù)，延長電機(jī)的使用壽命，同時(shí)增加了軟啟動(dòng)功能，解決了啟動(dòng)時(shí)電流過大造成能源浪費(fèi)的問題。


圖1為本發(fā)明的流程執(zhí)行圖。圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。圖3為本發(fā)明的同步信號檢測電路圖。圖4為本發(fā)明的同步電路檢測波形圖。圖5為本發(fā)明的觸發(fā)電路圖。圖6為本發(fā)明的功率因數(shù)檢測電路圖。圖7為本發(fā)明的功率因數(shù)檢測波形圖。圖8為本發(fā)明的電壓信號采集電路圖。圖9為本發(fā)明的電流信號采集電路圖。圖10為本發(fā)明的CAN控制器接收電路圖。圖11為本發(fā)明的電源電路圖。圖12為本發(fā)明的負(fù)電源電路圖。
具體實(shí)施方式
在圖1所示的本發(fā)明的流程執(zhí)行圖中，首先系統(tǒng)上電后對主芯片的各個(gè)控制寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置，然后讀取撥碼開關(guān)已設(shè)定好的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)功能設(shè)定。在圖2所示的本發(fā)明的系統(tǒng)框圖中，包括系統(tǒng)核心控制模塊、電源模塊、功率因數(shù)模塊、模擬信號采集模塊、晶間管和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成；電源模塊、功率因數(shù)模塊、模擬信號采集模塊、晶間管和數(shù)據(jù)傳輸模塊和系統(tǒng)核心控制模塊連接。系統(tǒng)核心控制模塊有S3C44B0 系列單片機(jī)、同步信號檢測模塊和觸發(fā)電路模塊組成，觸發(fā)電路模塊采用有兩個(gè)副繞阻的脈沖變壓器。模擬信號采集模塊由電壓信號采集模塊和電流信號采集模塊組成。在圖3所示的本發(fā)明的同步信號檢測電路圖中，給出了 A相同步信號的檢測電路的設(shè)計(jì)，B相、C相得同步檢測原理雷同A。線電壓Uab經(jīng)電壓互感器Tl隔離降壓后，電阻 R3分壓及電容Cl過濾高次諧波后，通過LM2M高增益運(yùn)算放大器整形為方波信號，再將其
4方波信號送入74LS14施密特反相整形，從而得到方波，然后送入單片機(jī)的中斷端口 INTO， INT1. INTO, INTl采用中斷方式工作，分別檢測同步信號由負(fù)到正和由正到負(fù)的過零點(diǎn)。在圖4所示的本發(fā)明的同步電路檢測波形圖中，方波具有陡峭上下沿。在圖5所示的本發(fā)明的觸發(fā)電路圖中，采用有兩個(gè)副繞阻的脈沖變壓器，對一組反相并聯(lián)的晶閘管T1、T2分別觸發(fā)，是其中承受正向電壓的一個(gè)導(dǎo)通，1413作為驅(qū)動(dòng)器，來驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器。在圖6所示的本發(fā)明的功率因數(shù)檢測電路圖中，線電壓UAB作為電壓取樣信號，經(jīng)過電壓互感器Tl，由R3分壓后輸送到比較器的同相端。UAB在負(fù)半周時(shí)，過零比較器輸出低電平，UAB在正半周上時(shí)，比較器輸出高電平。比較器輸出的信號同時(shí)也可以作為電壓同步信號直接送到單片機(jī)的外部中斷0。外部中斷0設(shè)置為邊沿觸發(fā)。單片機(jī)一旦檢測到電壓取樣信號由正變負(fù)躍變時(shí)，就能使定時(shí)器1和定時(shí)器輸入捕獲功能。線電流IAB經(jīng)電流互感器Τ2采樣R5采樣后，輸出到比較器的同相端，當(dāng)電流信號由負(fù)向正變化時(shí)，就觸發(fā)定時(shí)器1的輸入捕獲功能，通過讀取輸入捕獲寄存器ICRl的值，就可以得到電流相對電壓的時(shí)間延遲。晶閘管調(diào)壓后，電機(jī)端電壓不再是完整的正弦波，其電流也不再是連續(xù)的正弦波。在圖7所示的本發(fā)明的功率因數(shù)檢測波形圖中，電機(jī)端電壓不再是完整的正弦波，其電流也不再是連續(xù)的正弦波。在圖8所示的交流電壓的采集首先經(jīng)過電壓互感器取樣后再送入前置差動(dòng)放大調(diào)理電路，對輸入電路進(jìn)行調(diào)理放大，調(diào)理后的信號輸入檢波電路，經(jīng)過檢波電路對交流信號進(jìn)行全波整流，整流后的信號經(jīng)過RC濾波電路轉(zhuǎn)換為直流信號，該信號輸入S3C44B0的 A/D轉(zhuǎn)換管腳。在圖9所示的本發(fā)明的電流信號采集電路圖中，交流電流經(jīng)過電流互感器取樣后再送到電阻R18得到交流電壓信號，然后輸入相敏檢波電路，進(jìn)過相敏檢波電路對交流信號進(jìn)行全波整流，整流后的信號經(jīng)過RC濾波電路轉(zhuǎn)化為直流信號輸入S3C44B0的A/D轉(zhuǎn)換管腳。 在圖10所示的本發(fā)明的CAN控制器接收電路圖中，數(shù)據(jù)傳輸模塊采用CAN總線與各觸發(fā)板之間的互聯(lián)以及控制器與PC機(jī)的通信，選用PCA82C250作為CAN控制器和物理傳輸線路之間的接口元件，其引腳1和4分別與單片機(jī)的T)(D和RXD直接相連在圖11所示的本發(fā)明的電源電路圖中，晶閘管驅(qū)動(dòng)模塊需要+IOV的驅(qū)動(dòng)電壓， 運(yùn)算放大器采用雙電源供電，需要+IOV和-5V的驅(qū)動(dòng)電壓，系統(tǒng)其它有源器件需要+5V的驅(qū)動(dòng)電壓，因而本系統(tǒng)的電源模塊輸入380V的交流電壓，輸出+10V、+5V、-5V的直流電壓， 為避免晶閘管驅(qū)動(dòng)模塊對其它器件的干擾，晶閘管驅(qū)動(dòng)模塊的電壓源與其他電壓源相互隔離，所以同步電壓器采用具有兩個(gè)副繞阻的變壓器，其中一個(gè)副繞阻的輸出電壓經(jīng)整流橋?yàn)V波后，可直接獲得+IOV的電壓，作為晶閘管驅(qū)動(dòng)模塊的電壓源，另一副邊繞阻的輸出電壓經(jīng)整流橋?yàn)V波后，再通過穩(wěn)壓塊7805，可以獲得+5V的電壓輸出。在圖12所示的本發(fā)明的負(fù)電源電路圖中，本模塊中采用電壓轉(zhuǎn)換芯片7660把+5V 電壓轉(zhuǎn)化為-5V電壓。
權(quán)利要求
1.一種異步電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制及保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于包括系統(tǒng)核心控制模塊、電源模塊、功率因數(shù)模塊、模擬信號采集模塊、晶間管和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成；電源模塊、功率因數(shù)模塊、模擬信號采集模塊、晶間管和數(shù)據(jù)傳輸模塊和系統(tǒng)核心控制模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異步電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制及保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)核心控制模塊有S3C44B0系列單片機(jī)、同步信號檢測模塊和觸發(fā)電路模塊組成，觸發(fā)電路模塊采用有兩個(gè)副繞阻的脈沖變壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異步電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制及保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于模擬信號采集模塊由電壓信號采集模塊和電流信號采集模塊組成。
全文摘要
一種異步電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)控制及保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于包括系統(tǒng)核心控制模塊、電源模塊、功率因數(shù)模塊、模擬信號采集模塊、晶閘管和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成；電源模塊、功率因數(shù)模塊、模擬信號采集模塊、晶閘管和數(shù)據(jù)傳輸模塊和系統(tǒng)核心控制模塊連接。系統(tǒng)核心控制模塊有S3C44B0系列單片機(jī)、同步信號檢測模塊和觸發(fā)電路模塊組成，觸發(fā)電路模塊采用有兩個(gè)副繞阻的脈沖變壓器。模擬信號采集模塊由電壓信號采集模塊和電流信號采集模塊組成。本發(fā)明具有提高了異步電機(jī)的工作效率，在過載、三相不平衡以及缺相情況下使其自動(dòng)斷電，對其進(jìn)行保護(hù)，延長電機(jī)的使用壽命，同時(shí)增加了軟啟動(dòng)功能，解決了啟動(dòng)時(shí)電流過大造成能源浪費(fèi)的問題等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02H7/09GK102480120SQ201010566590
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者張建輝, 楊波, 陳興文 申請人:張建輝, 楊波, 陳興文