專利名稱：兩相斬波調(diào)壓軟起動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩相斬波調(diào)壓軟起動器。
背景技術(shù)：
目前，普通軟起動器主要采用三相晶閘管降壓啟動，它在電路結(jié)構(gòu)上采用每相串接反并聯(lián)的兩只晶閘管或雙向晶閘管，通過改變每相電壓的導(dǎo)通時間來實現(xiàn)降壓起動。該方法存在兩個重要缺點。其一，起動轉(zhuǎn)矩小，三相交流異步電動機起動轉(zhuǎn)矩正比于起動電壓的平方，當(dāng)電壓降低時，轉(zhuǎn)矩以起動電壓降低的平方倍數(shù)降低；其二，電流斷續(xù)，因為晶閘管屬于半控型器件，只有當(dāng)它的正向?qū)娏飨陆档搅銜r才能關(guān)斷，所以用晶閘管降壓軟起動，電流必然斷續(xù)，存在較大的脈動轉(zhuǎn)矩。
變頻器也有被用作軟起動器的，雖然效果較好，但變頻器在技術(shù)上屬于交-直-交結(jié)構(gòu)。它首先將三相工頻電源進(jìn)行三相橋式不可控整流，然后對整流輸出直流電壓進(jìn)行濾波，最后采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)輸出電壓頻率都可調(diào)的可控交流電壓。變頻器結(jié)構(gòu)、技術(shù)復(fù)雜，成本較高，不易于在交流電機軟起動領(lǐng)域普及推廣。目前還存在著一種離散變頻調(diào)壓軟起動技術(shù)，它利用晶閘管的半控特性，對三相工頻交流電源，有選擇的導(dǎo)通，從而形成50/nHz的電壓(n=l，2，3...)波形。這種技術(shù)有三個重要缺點，第一，離散變頻軟起動器只能提供50Hz、25Hz、16. 7Hz/3、12. 5Hz等離散頻率點的電壓，屬于分級離散變頻軟起動，每兩級之間的切換依然存在沖擊電流較大的情況。第二，離散變頻軟起動所提供電源諧波含量大，三相電壓不平衡，實際上難以用于軟起動。第三，離散變頻軟起動也存在著電流斷續(xù)的缺點。綜上所示，目前軟起動技術(shù)普遍采用半控型器件晶閘管來實現(xiàn)降壓軟起動，存在著電流斷續(xù)、脈動轉(zhuǎn)矩分量較大、啟動轉(zhuǎn)矩低的特點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種交流電機起動電流可以連續(xù)，起動轉(zhuǎn)矩脈動分量也大大減小，起動也更加平穩(wěn)的兩相斬波調(diào)壓軟起動器。為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案
一種兩相斬波調(diào)壓軟起動器，其特殊之處在于包括三相交流電源、單片機、A相交流斬波調(diào)壓電路、B相交流斬波調(diào)壓電路、三相不可控整流橋、三相交流異步電動機，三相交流電源的第一路經(jīng)A相交流斬波調(diào)壓電路與三相交流異步電動機的A相連接，第二路經(jīng)B相交流斬波調(diào)壓電路與三相交流異步電動機的B相連接，第三路與三相交流異步電動機的C相連接；單片機的輸出分三路連接，第一路同時與A相交流斬波調(diào)壓電路、B相交流斬波調(diào)壓電路連接，第二路與三相不可控整流橋直流側(cè)接的絕緣柵極雙極性晶體管連接，第三路與設(shè)置在A相交流斬波調(diào)壓電路與三相交流異步電動機之間的電流互感器連接；三相不可控整流橋分三路分別連接在A相交流斬波調(diào)壓電路與三相交流異步電動機的A相之間、B相交流斬波調(diào)壓電路與三相交流異步電動機的B相之間、三相交流電源與三相交流異步電動機的的C相之間。上述的單片機的輸出與設(shè)置在A相交流斬波調(diào)壓電路與三相交流異步電動機之間的電流互感器連接。上述的A相交流斬波調(diào)壓電路由絕緣柵雙極性晶體管IGBT1、絕緣柵雙極性晶體管IGBT2反并聯(lián)構(gòu)成。上述的B相交流斬波調(diào)壓電路由絕緣柵雙極性晶體管IGBT3、絕緣柵雙極性晶體管IGBT4反并聯(lián)構(gòu)成。上述的絕緣柵雙極性晶體管IGBT1、絕緣柵雙極性晶體管IGBT2、絕緣柵雙極性晶體管IGBT3、絕緣柵雙極性晶體管IGBT4的觸發(fā)脈沖相同。上述的三相不可控整流橋包括二極管Dl、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5、二極管D6，二極管Dl和二極管D2串聯(lián)構(gòu)成第一級二極管，二極管D3和二極管D4串聯(lián)·構(gòu)成第二級二極管，二極管D5和二極管D6串聯(lián)構(gòu)成第三級二極管，三級二極管并聯(lián)構(gòu)成三相不可控整流橋。上述的A相交流斬波調(diào)壓電路上連接有并聯(lián)保護(hù)電路。上述的B相交流斬波調(diào)壓電路上連接有并聯(lián)保護(hù)電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明采用全控型器件絕緣柵極雙極性晶體管(IGBT)來實現(xiàn)交流斬波調(diào)壓技術(shù)，因為IGBT的觸發(fā)脈沖周期遠(yuǎn)小于工頻周期，交流電機起動電流雖然仍有較小的脈動，但是可以連續(xù)，起動轉(zhuǎn)矩脈動分量也大大減小，起動也更加平穩(wěn)，另外，以交流電機C相繞組端電壓為參考電勢點，在獲得同樣旋轉(zhuǎn)磁通時，只需給A、B繞組提供互差60度的交流電源既可，因此只需對三相交流異步電動機的A、B兩相進(jìn)行斬波調(diào)壓，這樣可降低IGBT的數(shù)量，節(jié)省成本。


圖I為本發(fā)明的電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。參見圖1，本發(fā)明包括三相交流電源I、單片機2、A相交流斬波調(diào)壓電路3、B相交流斬波調(diào)壓電路4、三相不可控整流橋5、三相交流異步電動機9，三相交流電源I的第一路經(jīng)A相交流斬波調(diào)壓電路3與三相交流異步電動機9的A相連接，第二路經(jīng)B相交流斬波調(diào)壓電路4與三相交流異步電動機9的B相連接，第三路與三相交流異步電動機9的C相連接；單片機2的輸出分3路連接，第一路同時與A相交流斬波調(diào)壓電路3、B相交流斬波調(diào)壓電路4連接，第二路與三相不可控整流橋5直流側(cè)接的絕緣柵極雙極性晶體管6連接，第三路與設(shè)置在A相交流斬波調(diào)壓電路3與三相交流異步電動機9之間的電流互感器8連接；三相不可控整流橋5分三路分別連接在A相交流斬波調(diào)壓電路3與三相交流異步電動機9的A相之間、B相交流斬波調(diào)壓電路4與三相交流異步電動機9的B相之間、三相交流電源I與三相交流異步電動機9的的C相之間。上述的A相交流斬波調(diào)壓電路3由絕緣柵雙極性晶體管IGBT1、絕緣柵雙極性晶體管IGBT2反并聯(lián)構(gòu)成。上述的B相交流斬波調(diào)壓電路4由絕緣柵雙極性晶體管IGBT3、絕緣柵雙極性晶體管IGBT4反并聯(lián)構(gòu)成。上述的絕緣柵雙極性晶體管IGBT1、絕緣柵雙極性晶體管IGB T2、絕緣柵雙極性晶體管IGBT3、絕緣柵雙極性晶體管IGBT4的觸發(fā)脈沖相同。上述的三相不可控整流橋5包括二極管Dl、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5、二極管D6，二極管Dl和二極管D2串聯(lián)構(gòu)成第一級二極管，二極管D3和二極管D4串聯(lián)構(gòu)成第二級二極管，二極管D5和二極管D6串聯(lián)構(gòu)成第三級二極管，三級二極管并聯(lián)構(gòu)成三相不可控整流橋5。上述的A相交流斬波調(diào)壓電路3上連接有并聯(lián)保護(hù)電路7。上述的B相交流斬波調(diào)壓電路4上連接有并聯(lián)保護(hù)電路7。在主電路結(jié)構(gòu)上，采用四只絕緣柵極雙極性晶體管，每兩只反并聯(lián)連接，構(gòu)成兩組基本單相交流斬波調(diào)壓電路，分別串接在三相交流異步電動機的A相、B相供電電源端。另用六只二極管，構(gòu)成三相橋式不可控整流橋，將三相不可控整流橋的交流側(cè)接交流調(diào)壓電路和三相交流異步電動機定子繞組之間。三相不可控整流橋直流側(cè)接一個絕緣柵極雙極性晶體管(6)。為了檢測并控制起動電流，在三相交流異步電動機側(cè)的A相電源線上設(shè)置一個電流互感器(8 )，電流互感器檢測的電流信號送入單片機系統(tǒng)。在主電路控制上，單片機2的控制脈沖一路脈沖觸發(fā)A相交流斬波調(diào)壓電路3、B相交流斬波調(diào)壓電路4兩組交流斬波調(diào)壓裝置，另一路脈沖觸發(fā)三相不可控整流橋5直流側(cè)的絕緣柵極雙極性晶體管6，兩路脈沖正負(fù)完全相反，脈沖頻率為ΙΚΗζ。這樣，在A相交流斬波調(diào)壓電路3、B相交流斬波調(diào)壓電路4觸發(fā)導(dǎo)通時刻，絕緣柵極雙極性晶體管6關(guān)斷，三相交流電源給三相交流異步電動機供電，在A相交流斬波調(diào)壓電路3、B相交流斬波調(diào)壓電路4關(guān)斷時，絕緣柵極雙極性晶體管6觸發(fā)導(dǎo)通，三相交流異步電動機定子電流通過三相整流橋續(xù)流。在控制算法上，為了實現(xiàn) 對三相交流異步電動機的軟起動控制或軟停車控制，具體有兩種控制方式，其一，按預(yù)設(shè)曲線完成斜坡電壓啟動，也就是一種開環(huán)控制方式，這種情況可不設(shè)置電流互感器8，根據(jù)事先計算的最小電壓Umin和起動時間，線性調(diào)節(jié)斬波調(diào)制脈沖的占空比α，直到α為100%，輸出電壓為三相交流電壓的全額電壓，此時，可通過另設(shè)的旁路三相交流接觸器，將三相交流異步電動機切換到三相交流電源上，完成三相交流異步電動機的斜坡電壓軟起動；其二，恒流軟起動，在單片機里預(yù)設(shè)最大允許起動電流Imax，通過電流互感器8檢測當(dāng)前實際電流I，在單片機系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置一個帶限幅輸出的數(shù)字PID控制器，PID控制器的輸入為最大允許起動電流Imax與實際電流I的偏差，PID控制器的輸出為斬波調(diào)制脈沖的占空比a，PID控制器的輸出上限位100%，下限為0%。
權(quán)利要求
1.一種兩相斬波調(diào)壓軟起動器，其特征在于包括三相交流電源(I)、單片機(2)、A相交流斬波調(diào)壓電路(3)、B相交流斬波調(diào)壓電路(4)、三相不可控整流橋(5)、三相交流異步電動機(9)，三相交流電源(I)的第一路經(jīng)A相交流斬波調(diào)壓電路(3)與三相交流異步電動機(9 )的A相連接，第二路經(jīng)B相交流斬波調(diào)壓電路(4)與三相交流異步電動機(9)的B相連接，第三路與三相交流異步電動機(9)的C相連接；單片機(2)的輸出分三路連接，第一路同時與A相交流斬波調(diào)壓電路(3)、B相交流斬波調(diào)壓電路(4)連接，第二路與三相不可控整流橋(5 )直流側(cè)接的絕緣柵極雙極性晶體管(6 )連接，第三路與設(shè)置在A相交流斬波調(diào)壓電路(3)與三相交流異步電動機(9)之間的電流互感器(8)連接；三相不可控整流橋(5)分三路分別連接在A相交流斬波調(diào)壓電路(3)與三相交流異步電動機(9)的A相之間、B相交流斬波調(diào)壓電路(4 )與三相交流異步電動機(9 )的B相之間、三相交流電源(I)與三相交流異步電動機(9)的的C相之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的兩相斬波調(diào)壓軟起動器，其特征在于所述的單片機(2)的輸出與設(shè)置在A相交流斬波調(diào)壓電路(3)與三相交流異步電動機(9)之間的電流互感器(8)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的兩相斬波調(diào)壓軟起動器，其特征在于所述的A相交流斬波調(diào)壓電路(3)由絕緣柵雙極性晶體管IGBT1、絕緣柵雙極性晶體管IGBT2反并聯(lián)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩相斬波調(diào)壓軟起動器，其特征在于所述的B相交流斬波調(diào)壓電路(4)由絕緣柵雙極性晶體管IGBT3、絕緣柵雙極性晶體管IGBT4反并聯(lián)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的兩相斬波調(diào)壓軟起動器，其特征在于所述的絕緣柵雙極性晶體管IGBTI、絕緣柵雙極性晶體管IGBT2、絕緣柵雙極性晶體管IGBT3、絕緣柵雙極性晶體管IGBT4的觸發(fā)脈沖相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的兩相斬波調(diào)壓軟起動器，其特征在于所述的三相不可控整流橋(5)包括二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5、二極管D6，二極管Dl和二極管D2串聯(lián)構(gòu)成第一級二極管，二極管D3和二極管D4串聯(lián)構(gòu)成第二級二極管，二極管D5和二極管D6串聯(lián)構(gòu)成第三級二極管，三級二極管并聯(lián)構(gòu)成三相不可控整流橋(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的兩相斬波調(diào)壓軟起動器，其特征在于所述的A相交流斬波調(diào)壓電路(3 )上連接有并聯(lián)保護(hù)電路(7 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的兩相斬波調(diào)壓軟起動器，其特征在于所述的B相交流斬波調(diào)壓電路(4)上連接有并聯(lián)保護(hù)電路(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種兩相斬波調(diào)壓軟起動器。本發(fā)明的三相交流電源的第一路經(jīng)A相交流斬波調(diào)壓電路與三相交流異步電動機的A相連接，第二路經(jīng)B相交流斬波調(diào)壓電路與三相交流異步電動機的B相連接，第三路與三相交流異步電動機的C相連接；單片機的輸出第一路同時與A、B相交流斬波調(diào)壓電路，第二路與三相不可控整流橋直流側(cè)接的絕緣柵極雙極性晶體管連接；三相不可控整流橋分三路分別連接在A相交流斬波調(diào)壓電路與三相交流異步電動機的A相之間、B相交流斬波調(diào)壓電路與三相交流異步電動機的B相之間、三相交流電源與三相交流異步電動機的C相之間。本發(fā)明可以連續(xù)，起動轉(zhuǎn)矩脈動分量也大大減小，起動也更加平穩(wěn)，可降低IGBT的數(shù)量，節(jié)省成本。
文檔編號H02P1/42GK102946217SQ20121043725
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者謝仕宏, 孟彥京, 高筱筱, 楊波 申請人:陜西科技大學(xué)