[发明专利]基于固态软起动器的电机柔性制动控制及零速检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及电机的拖动、控制技术，即一种基于软起动器的电机零速检测及制动控制技术。

背景技术

如机床等许多工业用的机械，都需配备电机做为驱动的动力，且需要电机具有快速停车的功能。至今，只有部分固态软起动器具备制动功能，而且其主要以“反接制动”为主。

所谓“反接制动”，是指三相交流异步电机制动时，改变其输入电源中任意两相电源的相序，使电机内部磁场的旋转方向发生改变，即，使电机内部磁场反向转动。此时，反向磁场与转子间产生一反向力矩，并阻碍电机转子与负载正向转动，拖动电机减速制动。

固态软起动器，是以单片机作为控制核心来控制反并联的大功率晶闸管(可控硅)的，其能够通过各种算法轻易实现对其输出的电压幅值、相序、频率等的控制，故固态软起动器能够轻易的实现反接制动。反接制动时，软起动器首先切断电机电源，延时后根据检查到的三相交流电源的相序确定其输出测相序，即，使输出侧其中两项相序进行互换，并将改变了相序的三相交流电源施加于电机上。其原理是：单片机控制晶闸管(可控硅)导通角逐渐增加，使其输出侧电压逐渐增大，即制动力矩逐渐增加，至软起动器输出电压达到额定电压后，制动力矩达到最大，从而方便地实现了电机的制动。

软起动器反接制动，较传统机械制动结构简单，制动效果好，且故障率低，然而该方式制动过程机械冲击大，制动过程控制复杂，易出现电机制动过程翻转的现象。

发明内容：

本发明的目的在于，克服现有技术之不足，提供一种集电机零速检测及能耗制动于一体的电机软起动器，使电机的制动过程平稳、快速。

本发明是基于下述构思而完成的：

本发明以软起动器为平台，在保持其常规功能不变的基础上增加了能耗制动装置，硬件电路兼顾软起动器常规工作状态与软起动器能耗制动工作状态。该能耗制动装置也可称作直流制动装置，其实质上是将一直流电源施加于交流三相异步电动机的两相定子绕组上，使这两相定子绕组间产生一固定磁场，转子旋转切割该固定磁场，产生一阻力矩阻止转子转动，从而实现电机制动。制动过程要求具备制动过程冲击小、准确判断电机转速，制动时间自动控制。制动过程中采用两相半波可控整流的方式，关闭第三相晶闸管。制动时软起动器输出的直流电源缓慢增加，以减小由于电压增加过快而导致制动力矩增加过快引起的机械冲击。通过对电机停转前第三相定子绕组产生感应电动势的检测，准确判断电机是否停转。在电机制动停转后半秒钟结束制动过程，从而实现制动时间的自动调节。

本发明是这样实现的：

为了能够实现能耗制动功能，本发明从硬件电路与软件程序两个方面做出改进。

该系统的硬件电路由主回路4和控制电路组成。主回路4有多支晶闸管、接触器KM1(主常开触点KL1，辅助常闭触点NC1)、大功率二极管；每两支晶闸管反并联后构成一相阀组；接触器KM1辅助常闭触点NC1与阀组中SCR1及触发信号a电连接，接触器KM1主常开触点KL1与一相阀组输出端及大功率二极管D1电连接；大功率二极管D1另一端与另一相阀组输出端电连接；控制电路由单片机控制电路1、人机界面2及外围检测电路3组成，单片机控制电路1分别与人机界面2、外围检测电路3电连接；外围检测电路3与主回路4电连接。主回路4有3组反并联的晶闸管(可控硅)。外围检测电路3在保留原软起动各基本检测电路不变的基础上增设了电机零速检测电路，用以在制动状态下检测电机的运转状态，判断电机是否停转，并根据该停转点切断软起动器制动输出，该电机零速检测电路的3个20KΩ采样电阻组成Y型连接，并将输入端分别与主回路4的输出端电连接；整流器DB107交流输入端一端与主回路4输出端T3所连接采样电阻电连接，另一端与采样电阻Y型连接公共点电连接；光耦6N139输入测与整流器DB107直流输出侧电连接，光耦6N139输出侧集电极C与施密特反向器74HC14电连接，同时在该处增加上拉电阻R，以区分高低电平。光耦6N139输出侧发射极E与控制电平地电连接；施密特反向器74HC14输出侧与单片机控制电路1电连接。

本发明设有软件程序，控制电机制动、零速检测：

一、电机制动控制，执行如下程序：

a)制动准备：切断旁路接触器，切断软起动器输出，延时投入制动接触器及卸放二极管。设定制动过程初始电压，为预制动做准备；