CN103095210A

CN103095210A - 三相电机集成控制器

Info

Publication number: CN103095210A
Application number: CN2013100102123A
Authority: CN
Inventors: 张士银; 罗忠; 满文佳; 刘栗; 张克成; 刘进举
Original assignee: SHANDONG SHANSEN NUMERICAL CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANDONG SHANSEN NUMERICAL CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2013-05-08

Abstract

一种三相电机集成控制器，目的是提供一种三相交流异步电动机控制装置，替换传统的控制方法。本发明的技术方案是：一种三相电机集成控制器，包括壳体，特征是：壳体装有动力输出板和主板，主板装在动力输出板的上面，主板上装有主控制器芯片AVR芯片、电源指示灯、运行指示灯、报警指示灯、电流调节开关、报警复位按钮，动力输出板上装有动力电源输入端子、动力电源输出端子、直流24V输入端子、电机正反转控制端子,可控硅模块用于开关动力电路，电流互感器模块用于检测三相电机集成控制器动力线的输出电流，并将检测数据传输给主控制器芯片AVR芯片。

Description

三相电机集成控制器

技术领域

本发明涉及一种三相交流异步电动机控制装置，尤其涉及一种三相电机集成控制器。

背景技术

如图7所示，为传统的三相交流异步电动机控制电路；左图为三相交流异步电动机正反转控制电路，用了2个主令开关SA1、SA2（或2个中间继电器KA1、KA2）,1个空气开关QF1,2个交流接触器KM1、KM2,1个热保护继电器FR1,1个阻容灭弧器RC1，并通过复杂的电线和端子相连接；右图为三相交流异步电动机单方向旋转控制电路，用了1个主令开关SA3（或1个中间继电器KA3）,1个空气开关QF2,1个交流接触器KM3,1个热保护继电器FR2,1个阻容灭弧器RC2，也要通过复杂的电线和端子相连接；上述电路要实现零压保护功能电路还要更复杂。

在传统的三相交流异步电动机控制电路中，控制三相交流异步电动机正反转，一般需要2个主令开关（或2个中间继电器）、1个空气开关、2个交流接触器、1个热保护继电器、1个阻容灭弧器等元器件，并通过复杂的电线和端子相连接；如果只是控制三相交流异步电动机单方向旋转，一般也需要主令开关（或中间继电器）、空气开关、交流接触器、热保护继电器、阻容灭弧器等元器件，也要通过复杂的电线和端子相连接。尽管现在制造技术和元器件结构不断更新换代，但是交流接触器主触头拉弧损坏问题仍然没有得到彻底解决，交流接触器在易燃易爆场合容易引起火灾，触头闭合、断开伴有较大的噪声；热保护继电器在保护的过程中是采用机械结构执行动作，保护精度低，调节范围窄，品种繁多；因此现有三相交流异步电动机控制技术存在着使用元器件过多，接线非常麻烦、复杂，元器件使用寿命短、噪声大、故障率高、通用性差、对三相交流异步电动机保护精度低，成本过高等不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种三相交流异步电动机控制装置，替换传统的控制方法，克服现有三相交流异步电动机控制技术存在着使用元器件过多，接线非常麻烦、复杂，元器件使用寿命短、噪声大、故障率高、通用性差、对三相交流异步电动机保护精度低，成本过高等不足。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种三相电机集成控制器，包括壳体，其特征在于：壳体装有动力输出板和主板，主板装在动力输出板的上面，主板上装有主控制器芯片AVR芯片、电机正反转控制端子,动力输出板上还装有可控硅模块、电流互感器模块，可控硅模块用于开关动力电路，电流互感器模块用于检测三相电机集成控制器动力线的输出电流，并将检测数据传输给主控制器芯片AVR芯片，主控制器芯片AVR芯片采集电流互感器模块的电流，然后与电流调节开关所设定的电机额定电流相比较，通过内置程序进行判断然后控制控制可控硅模块，实现电机的缺相、过载、短路保护；电机的正反转控制信号通过电机正反转控制端子传输给主控制器芯片AVR芯片，主控制器芯片AVR芯片判断后将控制信号通过光耦模块传递给可控硅模块，可控硅模块的通断状态能够控制电机启停和正反转。

所述的主板还装有电源指示灯、运行指示灯、报警指示灯、电流调节开关、报警复位按钮，动力输出板上装有动力电源输入端子、动力电源输出端子、直流24V输入端子，动力输出板上还装有阻容灭弧器，所述的阻容灭弧器用于过滤电机停止时产生的反向电动势。主控制器芯片AVR芯片采用型号为ATMEGA8的AVR微处理器。

本发明的优点是:

该装置分为控制三相交流异步电动机单方相旋转和控制三相交流异步电动机正反转旋转两大类，并能够实现三相交流异步电动机的缺相、过载、短路、零压保护功能。使用本发明控制三相交流异步电动机，具有接线简单、体积小、安装方便、使用寿命长、噪音低、故障率低、通用性强的优点。本发明还具有对三相交流异步电动机保护精度高，成本低，可大量节约原材料成本低等优点。

附图说明

图1是本发明的主视图示意图；

图2是本发明的仰剖视图；

图3是本发明的左剖视图；

图4是本发明的控制流程图；

图5是本发明的各模块的功能框图；

图6是本发明在实际应用中的电气原理图；

图7是传统电路（现有的技术）电气原理图；

图8是主板的电气原理图；

图9是动力输出板的电气原理图；

图10是主板的电气原理图的A部分；

图11是主板的电气原理图的B部分；

图12是主板的电气原理图的C部分；

图13是动力输出板的电气原理图的A部分；

图14是动力输出板的电气原理图的B部分。

附图中：

1、动力电源输入端子；2、电机正反转控制端子；3、直流24V输入端子；4、动力电源输出端子；5、电源指示灯；6、运行指示灯；7、报警指示灯；8、电流调节开关；9、报警复位按钮；11、壳体；12、主板；13、动力输出板；14、动力板插座；15、主板插头；21、电源接口；22、I/O输入接口；23、7805电源模块；24、I/O输入模块；25、状态指示灯模块；26、主控制器芯片AVR芯片；27、光耦模块；28、可控硅模块；29、电流互感器模块；30、三相交流电输入接口；31、阻容灭弧器；32、三相交流电输出接口；33、动力电源；34、直流24V电源；35、电机正反转控制按钮；36、三相电机集成控制器；37、三相交流异步电动机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步进行说明：

一种三相电机集成控制器，参见图1至图6所示。如图2所示，本发明包括壳体11，壳体11上面有动力输出板13，动力输出板13上装有主板12。主板12上装有电源指示灯5、运行指示灯6、报警指示灯7（如图1所示），用于指示三相电机集成控制器36的工作状态；主板12和动力输出板13通过动力输出板13上面的插座14和主板插头15相连接（如图3所示），用于传递主板12和动力输出板13间的信号。如图1所示，主板12上装有电流调节开关8，用于设定电机额定电流，主板12上的报警复位按钮9，用于三相电机集成控制器报警后的复位。

如图1～2所示，动力输出板13上装有动力电源输入端子1和动力电源输出端子4，实现动力电源的输入和输出；动力输出板13上装有直流24V输入端子3和电机正反转控制端子2，分别用于给三相电机集成控制器36供电和控制电机的正反转。

如图4所示，动力输出板13上装有阻容灭弧器31，用于过滤三相交流异步电动机37停止时产生的反向电动势；动力输出板13上装有可控硅模块28，可控硅模块28与主控制器芯片AVR芯片26和三相电源相连，用于接收主控制器芯片AVR芯片26的信号然后控制动力电路；动力输出板13上装有电流互感器模块29，用于检测三相电机集成控制器36的输出电流，通过电路将检测数据传输给主控制器芯片AVR芯片26；主控制器芯片AVR芯片26装在主板12上，主控制器芯片AVR芯片26采集电流互感器模块29的电流，然后和电流调节开关8所设定的电机额定电流相比较，软件工程师根据电机的特性编辑软件，主控制器芯片AVR芯片26通过内置的程序判断实现电机的缺相、过载、短路保护。电机正反转输入信号通过电机正反转控制端子2传输给主控制器芯片AVR芯片26，主控制器芯片AVR芯片26通过处理后将信号通过光耦模块27驱动可控硅模块28，实现控制可控硅模块28的通断，进而控制三相交流异步电动机37启停和正反转；三相电机集成控制器36断电后再上电，控制器芯片AVR芯片26判断电机的启停信号从“0”变“1”后才有效，从而起到电机的零压保护作用；如果装置使用时不要零压保护功能，主板12上装有短路棒，可以将短路棒拔掉。

各模块的连接如图5所示，电源接口21连接到7805电源模块23的电源输入端，7805电源模块23的电压输出端接到主控制芯片AVR芯片26的电源端；主控制芯片AVR 芯片26分别与状态指示灯模块25、光耦模块27的控制端相连；光耦模块27 的输出端与可控硅模块28的控制端相连；可控硅模块28分别与三相交流电输入接口30、三相交流电输出接口32相连。I/O输入接口22与I/O输入模块24的输入端相连，I/O输入模块 24的输出端与主控制芯片AVR 芯片26相连；主控制芯片AVR芯片26与电流互感器模块 29 相连，电流互感器模块 29然后与三相交流电输出接口32相连。阻容灭弧器31和三相交流电输出接口32相连。

如图4所示，本发明通过电流调节开关8将电机额定电流数据输入到主控制器芯片AVR芯片26，电机正反转信号及报警复位信号通过I/O输入接口22到主控制器芯片AVR芯片26，主控制器芯片AVR芯片26经过处理后控制可控硅模块28的导通与截止，进而控制三相交流异步电动机37。电流互感器模块29采集到三相异步电动机37实际工作电流，将数据反馈到主控制器芯片AVR芯片26；主控制器芯片AVR芯片26经过处理后控制可控硅模块29的导通与截止，控制三相交流电输出接口32的电流输出，进而实现电机的短路、过载、缺相保护。同时，主控制器芯片AVR芯片26将三相电机集成控制器36的实际工作状态信号（运行、报警），传输给状态指示灯模块25。动力输出板13上装有的阻容灭弧器31，用于过滤三相交流异步电动机37停止时产生的反向电动势。电源接口21与7805电源模块相连，7805电源模块与主控制器芯片AVR芯片26连接并为它提供电源。

如图6所示，三相电机集成控制器在实际应用中电气原理图，三相电机集成控制器36接入动力电源33和直流24V电源34，三相交流异步电动机37接到三相电机集成控制器36，电机正反转控制按钮35的一端接到公共线+24V，另一端接到三相电机集成控制器36，根据电机铭牌上标注的电机额定电流调节电流调节开关8，设定电流的大小。

下面简要的介绍本发明的具体操作方法：

a、当三相电机集成控制器36，接入动力电源33和直流24V电源34时，电源指示灯5点亮，这时电机正反转控制按钮35打到电机正转状态，运行指示灯7点亮，同时三相交流异步电动机37正方向转动，在运行的过程中发生过载、缺相、短路时报警指示灯8点亮并记忆状态，只有把故障排除后按下报警复位按钮9后，报警才会解除。

b、当三相电机集成控制器36，接入动力电源33和直流24V电源34时，电源指示灯5点亮，这时电机正反转控制按钮35打到电机反转状态，运行指示灯7点亮，同时三相交流异步电动机37反方向转动，在运行的过程中发生过载、缺相、短路时报警指示灯8点亮并记忆状态，只有把故障排除后按下复位按钮9后，故障才会解除。

主板12和动力输出板13的电气原理图如图7和图8所示。

如图8所示，电源芯片采用LM7805,它将24V转换为5V供控制器主板工作。两个十位编码开关用于设置与三相交流异步电动机相匹配的额定电流参数，并将此参数送入主控制器芯片AVR芯片26。主板12上面的2*6P连接器和控制器动力输出板13相连，将电机控制信号、直流24V电源，电流互感器模块得到的电流送入主控制器芯片AVR芯片26。稳压芯片TL431为AD转换提供稳定的2.5V参考电压以提高精度。主控制器芯片AVR芯片26通过AD转换将采集到的电流值与拨码开关设定的电流参数做比较，进而实现电机保护。同时主控制器芯片AVR芯片26将电源、运行、报警状态实时显示到LED灯上。

如图9所示，电机控制信号通过连接器送到控制器的动力输出板13，控制5个型号为MC34083的光耦的通断，光耦进而控制5个可控硅模块的通断来实现电机的正、反、停动作。380V交流电通过动力电源输入端子1输入到动力输出板13，经过可控硅模块28输出到动力电源输出端子4。电流互感器模块29按1000:1感应出动力输出线上的电流，通过连接器送到控制器主板12上。电机正反控制端子2输入的24V控制信号通过光耦PC817转换为5V控制信号，再经过连接器送到主板12。可控硅模块28及电机相线之间均接有RC滤波电路，用以保护电路。

如图10所示：Q1为7805电源模块，输入DC24V,输出DC5V;TL431和R3_1、C3_1，把DC5V生成DC2.5V；U4_1和U4_2是拨码开关，它可以生成2位8421码的十进制数； R5_1、R52_、R5_3、D51_、D5_2组成的电路，输入图14从TP1电流互感器的ADC0A、ADC0B信号，处理后输出ADC0信号传到图12的U6的23角；P3 为短路棒。

如图11所示：P1、P2为主板插座；D3、D4、D5为运行指示灯、报警指示灯和电源指示灯；J2为主控制芯片和外设的通信口。如图12所示：U6为主控制器芯片AVR芯片，S6为复位按钮，Y3为晶体振荡器，L6_1和C6_2组成阻容滤波器。

如图13所示为可控硅驱动通用电路。如图14所示：PT1和PT2为电路互感器，P5的1、2、3为三相交流电输入端子，P5的4、5、6为三相交流电输出端子；R40、R41、R42、C40、C41、C42组成阻容灭弧器；P6的1、2为电机正反转控制端子，P6的3、4为直流24V输入端子；P11、P12为动力板插座；U8_1、U8_2为光耦模块。

Claims

1.一种三相电机集成控制器，包括壳体（11），其特征在于：壳体（11）装有动力输出板（13）和主板（12），主板（12）装在动力输出板（13）的上面，主板（12）上装有主控制器芯片AVR芯片（26）、电机正反转控制端子（2）,动力输出板（13）上还装有可控硅模块（28）、电流互感器模块（29），可控硅模块（28）用于开关动力电路，电流互感器模块（29）用于检测三相电机集成控制器（36）动力线的输出电流，并将检测数据传输给主控制器芯片AVR芯片（26），主控制器芯片AVR芯片（26）采集电流互感器模块（29）的电流，然后与电流调节开关（8）所设定的电机额定电流相比较，通过内置程序进行判断然后控制控制可控硅模块（28），实现电机的缺相、过载、短路保护；电机的正反转控制信号通过电机正反转控制端子（2）传输给主控制器芯片AVR芯片（26），主控制器芯片AVR芯片（26）判断后将控制信号通过光耦模块（27）传递给可控硅模块（28），可控硅模块（28）的通断状态能够控制电机启停和正反转。

2.根据权利要求1所述的三相电机集成控制器，其特征在于：所述的主板（12）还装有电源指示灯（5）、运行指示灯（6）、报警指示灯（7）、电流调节开关（8）、报警复位按钮（9），动力输出板（13）上装有动力电源输入端子（1）、动力电源输出端子（4）、直流24V输入端子（3），动力输出板（13）上还装有阻容灭弧器（31），所述的阻容灭弧器（31）用于过滤电机停止时产生的反向电动势。

3.根据权利要求1所述的三相电机集成控制器，其特征在于：所述的主控制器芯片AVR芯片（26）采用型号为ATMEGA8的AVR微处理器。