專利名稱：一種電動(dòng)機(jī)星角軟切換的半固態(tài)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電動(dòng)機(jī)星角切換技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電動(dòng)機(jī)星角軟切換的全固態(tài)控制器。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)星角切換常用于電動(dòng)機(jī)繞組星角切換節(jié)能和電動(dòng)機(jī)星角降壓起動(dòng)。電動(dòng)機(jī)繞組星角切換是電動(dòng)機(jī)節(jié)能常用手段之一。傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)星角切換裝置， 目前常見的有二種第一種利用單片機(jī)控制接觸器開關(guān)實(shí)現(xiàn)星角切換。切換不夠快速，并且接觸器開關(guān)在斷開時(shí)由于電弧的存在，還會(huì)引起過電壓。第二種采用可控硅無觸點(diǎn)開關(guān)取代接觸器，保證了星角切換的快速性。但是由于可控硅采用三相同時(shí)導(dǎo)通的觸發(fā)策略，切換時(shí)仍會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載率頻繁變化時(shí)，會(huì)造成星角切換節(jié)能效率的降低。電動(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，不僅會(huì)造成電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱損壞，還會(huì)引起供電電網(wǎng)的電壓劇烈波動(dòng)。傳統(tǒng)的星角降壓起動(dòng)，無法對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，在起動(dòng)過程中星接變?yōu)榻墙訒r(shí)仍會(huì)產(chǎn)生較大的電流沖擊。電動(dòng)機(jī)星角軟切換的半固態(tài)控制器就是通過DSP微處理器控制一套晶閘管開關(guān)快速地實(shí)施星角軟切換，消除切換時(shí)的電流和轉(zhuǎn)矩沖擊，使需要頻繁進(jìn)行星角切換節(jié)能和星角起動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。由于只需要一套晶閘管開關(guān)，因此它相對(duì)于全固態(tài)星角軟切換控制器結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，成本也降低了。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目在于提供一種電動(dòng)機(jī)星角軟切換的半固態(tài)控制器，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)繞組星角軟切換節(jié)能的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的星角軟起動(dòng)。本實(shí)用新型包括開關(guān)元件、數(shù)據(jù)采集單元、微機(jī)控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、觸發(fā)單元、二次回路其他元件及接線。數(shù)據(jù)采集單元與微機(jī)控制單元直接相連，將輸入信號(hào)提供給微機(jī)控制單元；微機(jī)控制單元與驅(qū)動(dòng)單元和觸發(fā)單元分別相連，將各自輸出信號(hào)分別發(fā)出給它們；驅(qū)動(dòng)單元與開關(guān)元件中的接觸器相連，驅(qū)動(dòng)其閉合或斷開；觸發(fā)單元與開關(guān)元件中的晶閘管相連，實(shí)施星角軟切換控制；二次回路其它元件包含變壓器和開關(guān)電源等器件，作為微機(jī)控制單元、觸發(fā)單元和驅(qū)動(dòng)單元一部分的直流電源，另外還包含驅(qū)動(dòng)單元互鎖回路的一些接線。開關(guān)元件包括一套(三對(duì))反并聯(lián)晶閘管和兩個(gè)接觸器，還包括一個(gè)空氣斷路器， 對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。其中反并聯(lián)晶閘管是本實(shí)用新型的主要開關(guān)元件，可以由雙向晶閘管或其他電力電子開關(guān)取代；兩個(gè)接觸器分別構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的星接和角接，再與一套反并聯(lián)晶閘管串聯(lián)，因此稱為半固態(tài)控制器。其中，三對(duì)反并聯(lián)晶閘管SCR和接觸器KM1串聯(lián)，在三相電源和電動(dòng)機(jī)繞組之間構(gòu)成回路，形成電動(dòng)機(jī)的角接；三對(duì)反并聯(lián)晶閘管SCR和接觸器KM2串聯(lián)，在三相電源和電動(dòng)機(jī)繞組之間構(gòu)成回路，形成電動(dòng)機(jī)的星接；在三相電源和電動(dòng)機(jī)定子繞組之間接入空氣斷路器，對(duì)主電路起到保護(hù)的作用。數(shù)據(jù)采集單元由二個(gè)電壓互感器和一個(gè)電流互感器構(gòu)成。其中一個(gè)電壓互感器的二個(gè)輸入端分別和主電路中電源的A相和B相并聯(lián)，檢測(cè)電源三相線電壓UAB。另外一個(gè)電壓互感器的二個(gè)輸入端分別和主電路中電源的B相和C相并聯(lián)，檢測(cè)電源三相線電壓Ubco 電壓互感器的輸出端經(jīng)過電壓調(diào)理電路連接到微機(jī)控制單元。電流互感器從主電路中采集三相相電流信號(hào)，輸出端經(jīng)過調(diào)理電路連接到微機(jī)控制單元。微機(jī)控制單元包括了 DSP芯片和AD轉(zhuǎn)化芯片。其中DSP采用TI公司的 TMS320F2812。AD轉(zhuǎn)化芯片采用2片AD7656，能同時(shí)對(duì)12個(gè)通道的信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)化。檢測(cè)單元檢測(cè)到的信號(hào)輸入到DSP后，進(jìn)入AD轉(zhuǎn)化芯片完成數(shù)模轉(zhuǎn)化后，DSP將對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理，然后輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)單元的控制。驅(qū)動(dòng)單元用來驅(qū)動(dòng)接觸器，采用二級(jí)驅(qū)動(dòng)方式，用DSP的輸出驅(qū)動(dòng)繼電器，再通過繼電器驅(qū)動(dòng)接觸器，并使用光耦隔離，將輸入和輸出的信號(hào)在電氣上完全隔離。觸發(fā)單元用來觸發(fā)晶閘管，采用脈沖列觸發(fā)的方式，DSP輸出的控制信號(hào)與脈沖列信號(hào)經(jīng)過門電路，通過MOSFET進(jìn)行功率放大后，送入脈沖變壓器，輸出的信號(hào)控制晶閘管觸發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸器和晶閘管的控制，微機(jī)控制單元的輸出和驅(qū)動(dòng)單元及觸發(fā)單元相連接。DSP通過對(duì)采集單元采集的信號(hào)進(jìn)行分析處理，判斷電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況，從而作出是否進(jìn)行星角軟切換的判斷。當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于輕載時(shí)，電動(dòng)機(jī)由角接向星接進(jìn)行切換，此時(shí)DSP先控制SCR關(guān)斷， 然后斷開KMl，最后按星接軟切換方法觸發(fā)SCR，控制電動(dòng)機(jī)無沖擊地切換為星接。當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于重載時(shí)，電動(dòng)機(jī)由星接向角接進(jìn)行切換，此時(shí)DSP先控制SCR關(guān)斷， 然后關(guān)斷KM2，最后按角接軟切換方法觸發(fā)SCR，控制電動(dòng)機(jī)無沖擊地切換為角接。二次回路其他元件中包括380/220的單相變壓器、實(shí)現(xiàn)接觸器二次控制的繼電器及二個(gè)開關(guān)電源。單相變壓器從三相電源的任意二相線電壓接入，輸出的220V交流電壓接入開關(guān)電源輸入端，二個(gè)開關(guān)電源分別輸出5V和12V的直流電壓，接入微機(jī)控制單元、觸發(fā)單元和驅(qū)動(dòng)繼電器的電源輸入端口，作為它們的供電電源。實(shí)現(xiàn)接觸器二次控制的繼電器常開觸點(diǎn)和接觸器的常閉觸點(diǎn)配合，實(shí)現(xiàn)KMl和KM2的互鎖。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型利用三對(duì)無觸點(diǎn)無電弧可控硅開關(guān)，通過系列觸發(fā)控制實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)磁鏈在三相繞組星接和角接之間能夠平滑地過渡，從而抑制了星角切換過程中的電流和轉(zhuǎn)矩沖擊。當(dāng)控制器處于電動(dòng)機(jī)繞組星角切換節(jié)能模式下時(shí)，即使電動(dòng)機(jī)負(fù)載頻繁變化，也不會(huì)降低星角切換節(jié)能效率。當(dāng)控制器處于電動(dòng)機(jī)星角起動(dòng)模式下，星角切換時(shí)電壓的突變不會(huì)造成電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流的增大。

圖I為本實(shí)用新型的U1-W2，V1-U2，W1-V2形成角接的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖2為本實(shí)用新型的U1-V2，V1-W2，W1-U2形成角接的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。[0024]圖3為本實(shí)用新型的二次回路圖。圖4為本實(shí)用新型的微機(jī)單元控制示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型包括開關(guān)元件、數(shù)據(jù)采集單元、微機(jī)控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、觸發(fā)單元、二次回路其他元件及接線。數(shù)據(jù)采集單元與微機(jī)控制單元直接相連，將輸入信號(hào)提供給微機(jī)控制單元；微機(jī)控制單元與驅(qū)動(dòng)單元和觸發(fā)單元分別相連，將各自輸出信號(hào)分別發(fā)出給它們；驅(qū)動(dòng)單元與開關(guān)元件中的接觸器相連，驅(qū)動(dòng)其閉合或斷開；觸發(fā)單元與開關(guān)元件中的晶閘管相連，實(shí)施星角軟切換控制；二次回路其它元件包含變壓器和開關(guān)電源等器件，作為微機(jī)控制單元、觸發(fā)單元和驅(qū)動(dòng)單元一部分的直流電源，另外還包含驅(qū)動(dòng)單元互鎖回路的一些接線。
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述圖1是本實(shí)用新型的本實(shí)用新型的U1-W2，V1-U2，W1_V2形成角接的的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。其中SCR是三對(duì)反并聯(lián)晶閘管，KM1和KM2是接觸器，U1-U2，V1-V2，W1-W2分別是電動(dòng)機(jī)的三相繞組，QF是空氣斷路器，LI、L2和L3是三相電源線，N是地線?？諝鈹嗦菲?QF從三相電源接入，空氣斷路器QF和可控硅SCR串聯(lián)后，可控硅SCR下端和電動(dòng)機(jī)繞組上端U1、V1、W1相連。接觸器KM1上端從電動(dòng)機(jī)繞組上端U1、V1、W1接入，下端和電動(dòng)機(jī)繞組的W2、U2、V2端相連。在電動(dòng)機(jī)繞組下端U2、V2、W2接入接觸器KM2。圖2是本實(shí)用新型的U1-V2，V1-W2，W1-U2形成角接的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。其中 SCR是三對(duì)反并聯(lián)晶閘管，KM1和KM2是接觸器，U1-U2，V1-V2，W1-W2分別是電動(dòng)機(jī)的三相繞組，QF是空氣斷路器，LI、L2和L3是三相電源線，N是地線?？諝鈹嗦菲鱍F從三相電源接入，空氣斷路器QF和可控硅SCR串聯(lián)后，可控硅SCR下端和電動(dòng)機(jī)繞組上端U1、V1、W1相連。接觸器KM1上端從電動(dòng)機(jī)繞組上端U1、V1、W1接入，下端和電動(dòng)機(jī)繞組的V2、W2、U2端相連。在電動(dòng)機(jī)繞組下端U2、V2、W2接入接觸器KM2。圖3是本實(shí)用新型控制二次回路圖。當(dāng)DSP給KM1的驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出低電平信號(hào)， 繼電器KA1的線圈通電，常開觸點(diǎn)KA1-0閉合，KM1線圈閉合，KM1的常閉觸點(diǎn)KM1-C斷開， 此時(shí)KM2線圈斷電，保證了 KM1閉合的同時(shí)KM2處于關(guān)斷狀態(tài)。同理KM2閉合的同時(shí)KM1 關(guān)斷。由于電動(dòng)機(jī)在可控硅SCR導(dǎo)通且接觸器KM1同時(shí)閉合時(shí)才處于角接運(yùn)行狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)在可控硅SCR導(dǎo)通且接觸器KM2同時(shí)閉合時(shí)才處于星接運(yùn)行狀態(tài)，因此電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行星角軟切換時(shí)，不會(huì)因?yàn)榉床⒙?lián)晶閘管的誤觸發(fā)而導(dǎo)致發(fā)生短路故障。此外在二次回路中還通過380/220的變壓器，給開關(guān)電源供電，進(jìn)而為DSP供電。圖4是本實(shí)用新型的微機(jī)單元控制示意圖。數(shù)據(jù)采集單元中的電壓互感器和電流互感器檢測(cè)電源側(cè)電壓和電流。采集來的信號(hào)經(jīng)過調(diào)理電路調(diào)整到AD7656能接受的直流電壓范圍-10V-+10V，然后AD7656將采集的電壓和電流模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，傳輸?shù)紻SP 中。DSP對(duì)輸入進(jìn)來的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析進(jìn)算，得出電動(dòng)機(jī)負(fù)載率0和星角切換臨界負(fù)載率@。，根據(jù)P和0。的大小，給驅(qū)動(dòng)單元和觸發(fā)單元發(fā)出信號(hào)。觸發(fā)單元的信號(hào)經(jīng)過光電隔離和脈沖發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過門電路后，送入脈沖變壓器，通過控制可控硅的陽極和陰極實(shí)現(xiàn)SCR的觸發(fā)。驅(qū)動(dòng)單元的信號(hào)經(jīng)過光電隔離，通過驅(qū)動(dòng)繼電器的線圈來實(shí)現(xiàn)接觸器KM1和KM2的閉合及關(guān)斷。[0032]本實(shí)用新型即可以在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)星角軟起動(dòng)，也能夠在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)繞組的星角軟切換節(jié)能。本實(shí)用新型的電動(dòng)機(jī)星角軟起動(dòng)的具體實(shí)施策略如下DSP上電，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)。接觸器KM2閉合，可控硅SCR按照星接軟切換控制策略觸發(fā)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于星接運(yùn)行狀態(tài)。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到整定值時(shí)，可控硅SCR停止觸發(fā)，接觸器KM2關(guān)斷，接觸器KMl閉合，然后SCR按照角接軟切換控制策略觸發(fā)，電動(dòng)機(jī)完成星角軟起動(dòng)。本實(shí)用新型的電動(dòng)機(jī)星角軟切換的具體實(shí)施策略如下在電動(dòng)機(jī)處于角接運(yùn)行的狀態(tài)下，DSP利用檢測(cè)到的信號(hào)計(jì)算分析出電動(dòng)機(jī)負(fù)載率β和星角切換臨界負(fù)載率β。，若 β > β。，電動(dòng)機(jī)保持角接運(yùn)行。若β < β。，電動(dòng)機(jī)將進(jìn)行角接向星接的軟切換。具體軟切換過程如下可控硅SCR先停止觸發(fā)，然后接觸器KMl關(guān)斷，電動(dòng)機(jī)從角接運(yùn)行狀態(tài)下斷開；之后接觸器ΚΜ2閉合，可控硅SCR再按照星角軟切換策略觸發(fā)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)完成角接向星接軟切換，電動(dòng)機(jī)處于星接運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)若β < β。，電動(dòng)機(jī)保持角接運(yùn)行狀態(tài)；若β > β。，電動(dòng)機(jī)又要向角接進(jìn)行軟切換。具體軟切換過程如下可控硅SCR先停止觸發(fā)，然后接觸器ΚΜ2關(guān)斷，電動(dòng)機(jī)從角接運(yùn)行狀態(tài)下斷開；之后接觸器KMl閉合，可控硅SCR再按照星角軟切換策略觸發(fā)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)完成星接向角接的軟切換，電動(dòng)機(jī)處于角接運(yùn)行狀態(tài)。重復(fù)以上步驟就實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的頻繁星角軟切換。本實(shí)用新型在電動(dòng)機(jī)星角軟起動(dòng)時(shí)，很好地抑制了電動(dòng)機(jī)星角起動(dòng)時(shí)的電流沖擊。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)結(jié)束后，根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的情況，借助DSP實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)繞組的星角軟切換控制，也能夠減小了切換時(shí)的沖擊電流，改善了頻繁進(jìn)行星角切換電動(dòng)機(jī)的節(jié)能效率。
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)機(jī)星角軟切換的半固態(tài)控制器，其特征在于，包括開關(guān)元件、數(shù)據(jù)采集單元、微機(jī)控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、觸發(fā)單元、二次回路其他元件；數(shù)據(jù)采集單元與微機(jī)控制單元直接相連，微機(jī)控制單元與驅(qū)動(dòng)單元和觸發(fā)單元分別相連，驅(qū)動(dòng)單元與開關(guān)元件中的接觸器相連，觸發(fā)單元與開關(guān)元件中的晶閘管相連，二次回路其它元件包括變壓器和開關(guān)電源；所述的開關(guān)元件包括一套三對(duì)反并聯(lián)晶閘管和兩個(gè)接觸器，還包括一個(gè)空氣斷路器， 兩個(gè)接觸器分別構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的星接和角接，再與一套反并聯(lián)晶閘管串聯(lián)；其中，三對(duì)反并聯(lián)晶閘管SCR和接觸器KMl串聯(lián)，在三相電源和電動(dòng)機(jī)繞組之間構(gòu)成回路，形成電動(dòng)機(jī)的角接；三對(duì)反并聯(lián)晶閘管SCR和接觸器KM2串聯(lián)，在三相電源和電動(dòng)機(jī)繞組之間構(gòu)成回路，形成電動(dòng)機(jī)的星接；在三相電源和電動(dòng)機(jī)定子繞組之間接入空氣斷路器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)機(jī)星角軟切換的半固態(tài)控制器，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集單元由二個(gè)電壓互感器和一個(gè)電流互感器構(gòu)成；其中一個(gè)電壓互感器的二個(gè)輸入端分別和主電路中電源的A相和B相并聯(lián)，另外一個(gè)電壓互感器的二個(gè)輸入端分別和主電路中電源的B相和C相并聯(lián)，電壓互感器的輸出端經(jīng)過電壓調(diào)理電路連接到微機(jī)控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)機(jī)星角軟切換的半固態(tài)控制器，其特征在于，所述的微機(jī)控制單元包括了 DSP芯片和AD轉(zhuǎn)化芯片；其中DSP TMS320F2812, AD轉(zhuǎn)化芯片采用2片 AD7656。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)機(jī)星角軟切換的半固態(tài)控制器，其特征在于，所述的微機(jī)控制單元的輸出和驅(qū)動(dòng)單元及觸發(fā)單元相連接。
專利摘要一種電動(dòng)機(jī)星角軟切換的半固態(tài)控制器，屬于電動(dòng)機(jī)星角切換技術(shù)領(lǐng)域。包括開關(guān)元件、數(shù)據(jù)采集單元、微機(jī)控制單元、驅(qū)動(dòng)單元、觸發(fā)單元、二次回路其他元件及接線。數(shù)據(jù)采集單元與微機(jī)控制單元直接相連，將輸入信號(hào)提供給微機(jī)控制單元；微機(jī)控制單元與驅(qū)動(dòng)單元和觸發(fā)單元分別相連，將各自輸出信號(hào)分別發(fā)出給它們；驅(qū)動(dòng)單元與開關(guān)元件中的接觸器相連，驅(qū)動(dòng)其閉合或斷開；觸發(fā)單元與開關(guān)元件中的晶閘管相連，實(shí)施星角軟切換控制；二次回路其它元件包含變壓器和開關(guān)電源等器件，作為微機(jī)控制單元、觸發(fā)單元和驅(qū)動(dòng)單元一部分的直流電源。優(yōu)點(diǎn)在于，能對(duì)需要頻繁進(jìn)行星角切換節(jié)能的電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無沖擊的星角軟切換，解決了傳統(tǒng)星角啟動(dòng)裝置在進(jìn)行星角切換時(shí)的電流沖擊問題。
文檔編號(hào)H02P1/32GK202353507SQ201120462749
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者崔學(xué)深, 龐繼偉, 張偉華, 朱亮, 石朋飛 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)