智能电机控制模块的结构及电气原理

智能电机控制模块的控制部分特点: 　① 单片机数字自动控制。 　②具有全压启动、电压斜坡启动、电压阶跃启动、限流起动等起动方式。 　③起始电压可调，保证电机起动的最小起动转矩，避免电机过热。 　④起动电流可根据负载情况调整，以最小的电流产生最佳转矩。 　⑤起动时间可调，在该时间范围内，电动机转速逐渐上升，避免转速冲击。 　⑥自由停车和软停车，软停车时间可调。 　⑦用户输入的各种起动参数可保存，关机或掉电后不丢失。 　⑧五位数码管可显示相应电流、电压值。 　⑨可实现过流保护、过热保护和缺相保护。

模块结构如图1所示。从图1可以看出，该模块的主电路与相控电路及单片机共同封装于同一壳体内，同时内置多个电流、电压传感器。用接插件将模块与控制盒连接在一起，实现各种功能的设置和显示。 　图1 智能电机控制模块结构图 　主电路为6只玻璃钝化方形晶闸管芯片，通过一体化焊接技术，将其贴在dbc（陶瓷覆铜板）上，并与导热铜板焊接在一起。模块使用时，导热铜板与散热片通过导热硅脂紧密接触。这种结构使模块具有很高的绝缘性能和散热性能。 　图2是模块电气原理方框图。移相控制电路部分是银河公司自主开发的jp-ssy01数字移相集成电路。该电路为sop28封装，5v单一电源供电，全数字化处理方式，具有很高的移相精度及对称度。对控制端加0～10v电平信号，即可控制移相角度。 　图2 模块电气原理方框图 　同步变压器输出同步信号给移相电路，其中另一路给单片机，作为单片机采集电压、电流信号的基准。这样，就克服了如果交流电频率变化带来的计算误差，提高了计算精度。 　传感器包括电压传感器和电流传感器。两种传感器中均使用了霍尔元件，具有体积小、反应快、线形度高的特点，通过与模块结构的一体化设计，方便地置于模块内部。两种传感器将电压模拟量、电流模拟量传给12位高速a/d转换器，通过a/d转换，将相应的数字量传给单片机，以供单片机进行处理。 　显示、控制部分采用串行口与单片机进行通信，这种通信方式大大减少了该部分与模块内部的连线。5个数码管显示，8个按键控制，使显示与控制直观、方便。

智能电机控制模块能够完成以下功能： 　1）全压起动 　如图，用这种方式起动时模块相当于一个开关，输入端电压直接加到电机上，时间为0.2s。 　2）电压斜坡起动 　如图，系统首先加一个电压us到电机上，用于克服静摩擦转矩之后，电压线性上升，从us增加到最大电压umax。此时，加到电动机端子上的电压等于电网输入电压。us由用户设定，可供用户选择的电压为 80v～300v。ts由用户设定，可以在1s～90s中选择。这种起动方式的特点是起动平稳，可减少起动电流对电网的冲击，同时大大减轻起动力矩对负载带来的机械振动。 　3）电压阶跃起动 　如图，这种起动方式就是加一个电压uk到电机上，电压uk保持不变，持续tk秒钟以后，电机起动结束，再把电网电压umax加到电机上。uk可由用户自己调整，其范围为100v～300v；tk也由用户自己调整，其范围为1s～90s。 　4) 限流起动 　如图，这种起动方式是由用户设定一电流值ik，在整个起动过程中，实际电流不超过设定值ik。ik由用户根据实际负载大小自己设定。ik的选择范围根据模块型号而定。我们这次演示的模块范围是0～350a。 　限流起动可以使大惯性负载以最小电流被起动加速，可以用来设置电流上限，满足电网容量在有限场合的使用。这种起动方式特别适合于恒转矩负载。 　5）软停车 　如图6，与直接停车相比，加到电机上的电压不是立即降下来，而是由最高电压逐渐下降，经过时间tp后降为0v。其下降时间tp由用户设定，范围是0s～90s。这种软停车可以大大减少管道设备中液体的冲击。 　6）自由停车 　7）节能运行 　对于大摩擦负载，由于所需起动电流大，需要功率较大的电动机，而正常负载所需运行负载力矩比电动机额定转矩小得多，这就导致电动机轻载运行。对于间隙性负载，维持大电流的工作时间占整个周期很小的一部分，这会导致轻载有功损耗浪费，使运行功率因数大大降低。智能电机控制模块自动调节输出电压，使电机工作在最佳效率工作区，达到节能目的。 　8）保护功能 　共有3种保护功能：过流、过热及缺相保护。 　在起动或者运行过程中，无论出现哪种故障，模块都会自动切断电机，同时控制板上的数码管会闪烁显示故障原因，待排除故障后，按复位键即可恢复正常。

智能电机控制模块广泛应用于各种生产领域和其他场合，实际应用效果如下： 　1）降低了电动机起动电流； 　2）避免了电动机起动时供电线路瞬间电压跌落，造成电网上用电设备、仪表误动作； 　3）防止了起动时由于产生的力矩冲击，而使机械断轴或产生废品； 　4）可以较频繁地起动电动机(软起动装置一般允许10次/h，而使电动机不致过热)； 　5）对泵类负载可以防止水锤效应，防止管道破裂； 　6）对某些工艺应用(如染纱机械)，可防止由于起动过快而产生染色不匀的质量问题； 　7）对某些易碎的容器灌浆生产线，可防止容器破损； 　8）适应供电变压器容量较低的场合(如注塑机)； 　9）可以降低电网适配容量，节省增容费开支； 　10）适用于需要方便地调节起动特性的场合。