專利名稱：一種直流油泵電機軟啟動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流油泵電機軟啟動的控制裝置。
背景技術(shù)：
目前火力發(fā)電廠、大型化工廠及造紙廠等大型工廠中廣泛應(yīng)用直流電機作為應(yīng)急 冷卻及直流潤滑油泵的拖動系統(tǒng)，直流電機傳統(tǒng)的啟動方式是電樞回路串接電阻啟動，該 啟動方式啟動時在直流電動機電樞回路中串入啟動電阻，以限制啟動電流，啟動電阻為一 組三個電阻串接的可變電阻，在開始啟動時，電樞回路接入電源，串入全部電阻，以盡量降 低啟動電流，隨后以固定時間及時逐級短接三個電阻，直到電機正常啟動。這種啟動方式的 應(yīng)用在電力生產(chǎn)中非常普遍，其暴露出的缺陷及隱患也是非常多的，大致有如下幾項1.它不能徹底解決直流電動機啟動過程中沖擊電流大的問題，啟動過程中直流電 機的啟動電流依舊大于其額定電流數(shù)倍，仍有可能因啟動電流過大而引起電機加速損壞。2.控制原理落后，方式復雜，環(huán)節(jié)過多，故障率極高，維護工作量很大。這種啟動方 式需由幾個大容量的直流接觸器和中間繼電器、時間繼電器組成，由于元件較多，故障率極 高，柜體內(nèi)非常擁擠，檢修維護極不方便。3.啟動過程中，任何一級電阻不切換，即導致直流電動機不能正常運行，電阻發(fā)熱 嚴重，電機過載。4.啟動過程中，啟動電流仍舊較大，使蓄電池受到電流沖擊，輸出電壓降低，如果 有任一級電阻不切換，則惡化蓄電池的運行工況，對電氣二次回路的正常工作造成威脅，比 如事故情況下有關(guān)開關(guān)拒跳閘，使事故擴大。5.在停泵過程中，直流電機的反電動勢，通過直流接觸器斷開時的電弧瞬時加入 直流系統(tǒng)，導致直流系統(tǒng)電壓大幅波動，嚴重時電壓波動幅度大于100V，對電氣二次回路的 正常工作造成極大威脅，如現(xiàn)場運行中的開關(guān)無故偷跳的現(xiàn)象，就是由此引起。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種直流油泵電機軟啟動控制裝 置，在啟動過程中沒有額外的功率損耗，減小了對直流電網(wǎng)的沖擊，既起到節(jié)能的目的又不 會影響其他直流設(shè)備正常工作。為達上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案主回路電源和控制電源由蓄電池組或相應(yīng)直流源提供，分別由主空開QFl和控制 回路空開QF2控制，主回路電源提供軟啟動裝置的主電源和勵磁電源，控制電源提供控制 部分所需的電源，直流濾波單元用來濾除啟動時的尖峰脈沖電壓，勵磁檢測單元用來檢測 勵磁電流并將其傳送到微處理器單元進行判斷與控制。在主起動部分中，濾波單元為軟啟動裝置的二次濾波部分，為電機啟動單元的主 功率模塊提供保護。電機啟動單元包括主功率模塊(IGBT)及其PWM控制單元，由PWM控制 單元控制主功率模塊的導通或關(guān)斷。電機旁路單元在電機啟動單元啟動完畢后進行旁路，也可在啟動單元故障后進行應(yīng)急啟動。在主控制部分中，微處理器單元用于對電機軟啟動裝置的工作狀態(tài)進行判斷并發(fā) 出控制指令。故障自診斷單元用于對電機軟啟動裝置工作狀態(tài)進行采集處理，并將其傳送 給微處理器單元。遠傳單元采集設(shè)備的電流信號并傳送給上位機，遠方操作單元可以接受 DCS遠控開、關(guān)機信號，并對設(shè)備的工作狀態(tài)進行遠程指示，本地操作單元提供本地控制命 令及工作狀態(tài)指示。顯示記錄單元可通過觸摸屏等手段實現(xiàn)工作狀態(tài)、故障狀態(tài)的顯示記 錄功能。通訊單元可以通過profibus或modbus協(xié)議實現(xiàn)組網(wǎng)控制。本發(fā)明還可采用以下技術(shù)方案進一步實現(xiàn)所述主電源為IlOV或220V直流電；本直流軟啟動控制器的顯示面板根據(jù)設(shè)備內(nèi)設(shè)置的各類故障報警和功能轉(zhuǎn)換設(shè) 置采用不同的按鈕和聲光報警系統(tǒng)；所述控制電源為開關(guān)電源模塊或DC/DC電源模塊，轉(zhuǎn)換輸出電壓為+24V、士 15V和 士 12V ；故障自診斷單元所需的判斷信號通過電壓電流信號采樣模塊采集，電壓電流信號 采樣模塊為霍爾元件及相應(yīng)輔助電路；通過上述的技術(shù)方案，本發(fā)明具備如下技術(shù)效果1、直流油泵電機軟啟動裝置使電機啟動過程中電流從零到額定值的變化時間可 控，無電流突變及震蕩現(xiàn)象，對直流母線無污染，對蓄電池和電機無大電流沖擊；2、直流油泵電機軟啟動裝置在電機啟動過程中沒有額外的功率損耗，達到了節(jié)能 目的。


圖1為本發(fā)明電源設(shè)備直流油泵電機軟啟動裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明電源設(shè)備直流油泵電機軟啟動裝置直流濾波單元自啟動電路示意 圖；圖3為本發(fā)明電源設(shè)備直流油泵電機軟啟動裝置電機啟動單元原理圖；圖4為本發(fā)明電源設(shè)備直流油泵電機軟啟動裝置微處理器單元示意圖；圖5為本發(fā)明電源設(shè)備直流油泵電機軟啟動裝置主控制原理框圖；圖6為本發(fā)明電源設(shè)備直流油泵電機軟啟動裝置電路原理示意圖。其中1、微處理器單元；2、限流電路；3、PWM控制電路；4、IGBT驅(qū)動電路；5、電流 設(shè)定電路；6、短路及過流保護電路；7、報警電路；8、低壓報警電路；9、電流、電壓變送電路； 10、控制終端；11、電壓電流信號采樣模塊。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明。如圖1、6所示，直流油泵電機軟啟動裝置的主回路及相應(yīng)控制部分，包括主回路 電源和控制電源、勵磁檢測單元、電流變送器、PWM控制模塊、IGBT模塊VC1、吸收保護回路 (包括濾波單元、電容器Cl等)、急停按鈕、開關(guān)與繼電器等。主回路電源為DC220V主輸入 電源，通過QFl控制通斷?？刂齐娫礊殚_關(guān)電源或DC/DC模塊電源，通過開關(guān)QF2由電源輸出端供電。勵磁檢測主要由傳感器A-3完成，并上傳給微處理器。電流變送器A-2為遠傳單 元的主要組成部分，將4-20mA電流信號遠傳至上位機，電流傳感器除了為電機啟動單元的 PWM控制模塊提供采樣電流外，經(jīng)過處理后還為微處理器提供電流信號。直流接觸器KM2為 旁路單元的主要組成部分，在電機啟動完成后，由微處理器發(fā)出旁路指令，通過繼電器DC3 控制KM2吸合。如圖2所示，直流電機軟啟動控制器濾波單元自啟動電路示意圖，該自啟動電路 由KA2檢測主回路通電，通過濾波單元自啟動控制器控制啟動過程，通過DC5驅(qū)動濾波單元 完全接入主回路中。如圖3所示，直流電機軟啟動控制器電機啟動單元原理圖，主要包括PWM控制部分 及驅(qū)動電路，PWM控制模塊輸出端與驅(qū)動模塊的輸入端相連，驅(qū)動模塊的G、E端與IGBT的 G、E端口相接。PWM控制電路該電路產(chǎn)生一種占空比可調(diào)的方波信號，該電路的控制信號 CON與GND由微處理器單元控制信號輸出端口提供，工作電源由+24V和士 12V電源提供； 驅(qū)動電路作為IGBT的驅(qū)動部分由+24V電源提供工作電源。如圖4所示，直流電機軟啟動控制器微處理器單元示意圖，微處理器單元為直流 軟啟動器的核心控制單元，電源為DC220。由遠方操作單元和本地操作單元的開關(guān)信號控 制，其輸出信號為繼電器信號，通過控制主回路(圖1)中的繼電器、接觸器對主回路進行 控制。微處理器通過控制信號輸出端口控制PWM控制模塊的輸出占空比，從而控制主回路 的電壓和電流按一定時間開通。微處理器單元中的信號處理部分將直流軟啟動器輸出電 壓(V0+、V0-)和電流的反饋信號A-I轉(zhuǎn)換為微處理器的接收信號，該信號與勵磁檢測信號 A-3—起作為故障自診斷及主要控制依據(jù)。微處理器單元外圍的485通訊單元還可通過 profibus或modbus協(xié)議實現(xiàn)組網(wǎng)控制。參見附圖5所示，1為微處理器單元，是設(shè)備的中心控制單元，除進行工作狀態(tài)的 信號采集處理，提供主回路的控制和遠傳信號外，還產(chǎn)生軟啟動需要的斜坡電壓，斜坡時 間，初始電壓值可自由調(diào)整；2為限流電路，用以限制軟啟動器輸出的最大啟動電流，有效 避免大電流對系統(tǒng)和設(shè)備的沖擊，改善啟動環(huán)境；3為PWM控制電路，該電路產(chǎn)生一種占空 比可調(diào)的方波信號；4為IGBT驅(qū)動電路，該電路采用專用驅(qū)動器件，對PWM信號進行放大等 處理，用以驅(qū)動IGBT的開通與關(guān)斷；5為電流設(shè)定電路，通過該電路，用戶可以根據(jù)工藝條 件設(shè)定限流值；6為短路及過流保護電路，當主回路中的電流超過設(shè)定值或主回路發(fā)生短 路時，該保護電路可禁止軟啟動器輸出；7為報警電路，當發(fā)生過流或短路故障時，該電路 發(fā)出報警信號；8為低壓報警電路，用于主回路電壓低于設(shè)定值時發(fā)出報警信號；9為電流、 電壓變送電路，用于控制終端對電流或電壓的采集、顯示；10為控制終端，該終端可以為手 動遠控臺，也可為計算機。控制流程為用戶可以根據(jù)工藝條件通過電流設(shè)定電路5設(shè)定限流值，微處理器 單元1產(chǎn)生軟啟動需要的斜坡電壓，電流采樣與限流電路2和短路及過流保護電路6連接， 控制限流電路2的輸出端，同時若采樣電流超過設(shè)定值或主回路發(fā)生短路時，短路及過流 保護電路6啟動，禁止軟啟動器輸出，同時報警電路7發(fā)出報警信號；正常情況下，斜坡電壓 經(jīng)限流電路2后輸入至PWM控制電路3產(chǎn)生相應(yīng)占空比的方波信號控制IGBT驅(qū)動電路4 的開通或關(guān)斷，以使直流電機啟動主回路中的電流得以控制；電壓采樣電路將采樣電壓送 入低壓報警電路8，當主回路電壓低于設(shè)定值時低壓報警電路8發(fā)出報警信號，所述主回路的工作狀態(tài)、報警信號、報警電路7的開關(guān)狀態(tài)、來自于電流、電壓變送電路9的電壓電流的 采樣值均在控制終端10上顯示，方便操作人員的操作。 以上所述，僅為本發(fā)明的一個具體實施例，并非對本發(fā)明作出的限定。凡本領(lǐng)域的 技術(shù)人員利用本發(fā)明對上述實施例作出任何等同的變動均屬于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種直流油泵電機軟啟動控制裝置，其特征在于包括主回路電源和控制電源、直流濾波單元、勵磁檢測單元、濾波單元、故障自診斷單元、顯示記錄單元、微處理器單元、電機啟動單元、電機旁路單元、遠傳單元、通訊單元、遠方操作和本地操作單元。
2.如權(quán)利要求1所述的直流油泵電機軟啟動控制裝置，其特征在于所述主回路電源、 控制電源、直流濾波單元和勵磁檢測單元構(gòu)成軟啟動裝置的電源部分，提供軟啟動裝置所 需的主電源、勵磁電源和控制電源。
3.如權(quán)利要求2所述的直流油泵電機軟啟動控制裝置，其特征在于所述濾波單元、電 機啟動單元及電機旁路單元構(gòu)成主起動部分，所述主起動部分在控制電路的作用下實現(xiàn)主 回路電流按設(shè)定值進行斜坡起動，并在起動完成后進行旁路工作。
4.如權(quán)利要求3所述的直流油泵電機軟啟動控制裝置，其特征在于所述微處理器單 元、故障自診斷單元、顯示記錄單元、遠傳單元、通訊單元及其余單元構(gòu)成主控制部分，所述 主控制部分驅(qū)動主回路工作并對其進行就地或遠程控制。
5.如權(quán)利要求1或2所述的直流油泵電機軟啟動控制裝置，其特征在于主回路電源 和控制電源由蓄電池組或相應(yīng)直流源提供，分別由主空開QFl和控制回路空開QF2控制，主 回路電源提供軟啟動裝置的主電源和勵磁電源，控制電源提供控制部分所需的電源，直流 濾波單元用來濾除啟動時的尖峰脈沖電壓，勵磁檢測單元用來檢測勵磁電流并將其傳送到 微處理器單元進行判斷與控制。
6.如權(quán)利要求3所述的直流油泵電機軟啟動控制裝置，其特征在于在主起動部分中， 濾波單元為軟啟動裝置的二次濾波部分，為電機啟動單元的主功率模塊提供保護；電機啟 動單元包括主功率模塊(IGBT)及其PWM控制單元，由PWM控制單元控制主功率模塊的導通 或關(guān)斷；電機旁路單元在電機啟動單元啟動完畢后進行旁路，也能在啟動單元故障后進行 應(yīng)急啟動。
7.如權(quán)利要求4所述的直流油泵電機軟啟動控制裝置，其特征在于在主控制部分 中，微處理器單元用于對電機軟啟動裝置的工作狀態(tài)進行判斷并發(fā)出控制指令；故障自診 斷單元用于對電機軟啟動裝置工作狀態(tài)進行采集處理，并將其傳送給微處理器單元；遠傳 單元采集設(shè)備的電流信號并傳送給上位機，遠方操作單元能以接受DCS遠控開、關(guān)機信號， 并對設(shè)備的工作狀態(tài)進行遠程指示，本地操作單元提供本地控制命令及工作狀態(tài)指示；顯 示記錄單元能通過觸摸屏等手段實現(xiàn)工作狀態(tài)、故障狀態(tài)的顯示記錄功能；通訊單元通過 profibus或modbus協(xié)議實現(xiàn)組網(wǎng)控制。
8.如權(quán)利要求7所述的直流油泵電機軟啟動控制裝置，其特征在于本直流油泵電機 軟啟動控制裝置的顯示面板根據(jù)設(shè)備內(nèi)設(shè)置的各類故障報警和功能轉(zhuǎn)換設(shè)置采用不同的 按鈕和聲光報警系統(tǒng)。
9.如權(quán)利要求5所述的直流油泵電機軟啟動控制裝置，其特征在于所述控制電源為 開關(guān)電源模塊或DC/DC電源模塊，轉(zhuǎn)換輸出電壓為+24V、士 15V和士 12V。
10.如權(quán)利要求5所述的直流油泵電機軟啟動控制裝置，其特征在于故障自診斷單元 所需的判斷信號通過電壓電流信號采樣模塊采集，電壓電流信號采樣模塊為霍爾元件及相 應(yīng)輔助電路。
全文摘要
一種直流油泵電機軟啟動控制裝置，包括主回路電源和控制電源、直流濾波單元、勵磁檢測單元、濾波單元、故障自診斷單元、顯示記錄單元、微處理器單元、電機啟動單元、電機旁路單元、遠傳單元、通訊單元、遠方操作和本地操作單元。主回路電源、控制電源、直流濾波單元和勵磁檢測單元構(gòu)成軟啟動裝置的電源部分，提供軟啟動裝置所需的主電源、勵磁電源和控制電源。濾波單元、電機啟動單元及電機旁路單元構(gòu)成主起動部分，其在控制電路的作用下實現(xiàn)主回路電流按設(shè)定值進行斜坡起動，并在起動完成后進行旁路工作。微處理器單元、故障自診斷單元、顯示記錄單元、遠傳單元、通訊單元及其余單元構(gòu)成主控制部分，驅(qū)動主回路工作并對其進行就地或遠程控制。
文檔編號H02P1/18GK101997459SQ201010566419
公開日2011年3月30日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者趙龍升 申請人:趙龍升