CN105207531B - 一种电机软启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机领域，特别涉及一种电机的软启动方法。本发明公开了一种电机软启动方法，包括如下步骤：A1：搭建电机驱动***，包括电源模块、电子开关模块和电机，所述电源模块通过电子开关模块为电机供电；A2：给电子开关的控制输入端施加PWM脉冲信号，以控制其通断，所述PWM脉冲信号的占空比以一定的斜率从零逐渐增加至1。本发明通过逐步增加PWM脉冲信号的占空比，使电机电枢的电压逐步增加，实现电机软启动，避免了电机直接强启动产生的大冲击电流对电源、电路板、电机和电机所拖动的设备造成损坏，增加了设备的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于电机领域，具体地涉及一种采用PWM脉冲信号实现电机软启动的方法。
背景技术
电机运行过程中，电机的启动对于设备的使用寿命影响较大。因此，能否解决好电机的启动问题，对于电机的运行有着非常重要的意义。直流电机在启动时如果是直接强启动，会产生接近十倍于额定电流的冲击电流，这种过大的启动电流会引起电源电压突然降低，将对电源内部结构造成破坏，同时也影响接在同一电源上的负载的正常安全运行，此外，电机绕组会由于过热而损坏或使过流保护装置动作，切断电源，不能启动。直流电机因冲击电流产生的启动转矩会对电动机及所拖动的设备造成电器和机械损伤，造成机械传动部件的非正常磨损，加速设备老化，缩短设备的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种通过控制PWM脉冲信号的占空比来实现电机软启动的方法。
为此，本发明公开了一种电机软启动方法，包括如下步骤：
A1：搭建电机驱动***，包括电源模块、电子开关模块和电机，所述电源模块通过电子开关模块为电机供电；
A2：给电子开关的控制输入端施加PWM脉冲信号，以控制其通断，所述PWM脉冲信号的占空比以一定的变化率k从零逐渐增加至1，之后便不再变化，以持续占空比为1施加PWM脉冲信号，其中所述变化率k为：
其中，D为PWM脉冲信号的占空比，t为时间，取值范围为[0,N]，N为设定的软启动时间，单位是秒。
进一步的，所述步骤A1中，电子开关模块为由三极管或场效应管构成的电子开关模块。
进一步的，所述步骤A2中，N的取值在1秒到5秒之间。
本发明的有益技术效果：
本发明通过逐步增加PWM脉冲信号的占空比，使电机电枢的电压逐步增加，实现电机软启动，避免了电机直接强启动产生的大冲击电流对电源、电路板、电机和电机所拖动的设备造成损坏，增加了设备的使用寿命，且方法简单，易于实现，成本低。
附图说明
图1为实现本发明的***结构图；
图2为本发明实施例一的PWM脉冲信号的占空比变化图；
图3为本发明实施例二的PWM脉冲信号的占空比变化图；
图4为本发明实施例三的PWM脉冲信号的占空比变化图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
采用脉冲信号进行直流电机调速的原理为：在脉冲信号作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变电机通、断电时间，即可让电机转速得到控制。设电机额定转速为Vmax，脉冲信号的占空比为D，则电机的平均速度为
Vd＝Vmax×D
因此电机的速度与占空比成比例，当***允许时，可以将其近似地看成线性关系，占空比越大，电机转得越快，当占空比D＝1时，电机转速最大。
本发明是基于上述原理实现的，下面将具体说明。
实施例一：
一种电机软启动方法，包括如下步骤：
A1：搭建电机驱动***，本具体实施例中，电机驱动***包括电源模块、PWM发生器、单片机、电子开关模块和电机，电源模块通过电子开关模块为电机供电，PWM发生器的信号输出端接电子开关模块的控制输入端，PWM发生器的信号控制输入端接单片机的控制输出端，如图1所示。
具体的，电源模块为锂电池，电子开关模块为由三极管构成的电子开关模块，三极管的基极接PWM发生器的信号输出端。
A2：给电子开关的控制输入端施加PWM脉冲信号，以控制其通断，从而实现电机的软启动，所述PWM脉冲信号的占空比以一定的变化率k从零逐渐增加至1，之后便不再变化，以持续占空比为1施加PWM脉冲信号，其中所述变化率k为：
即
其中，D为PWM脉冲信号的占空比，t为时间，取值范围为[0,N]，N为设定的软启动时间，单位是秒,本具体实施例中N为1秒，则变化率为
k＝-2t+2
其PWM脉冲信号的占空比变化如图2所示。
具体的，通过对单片机进行编程以控制PWM发生器产生具有图2所示的占空比的PWM脉冲信号给三极管的基极，控制其导通或断开，PWM脉冲信号的占空比在1秒内按k＝-2t+2的变化率从零逐渐增加到1，之后便不再变化，以持续占空比为1施加PWM脉冲信号，则电机的转动速度也按此变化率从零增加至额定转速，之后保持额定转速进行转动，实现了电机的软启动，防止产生大的冲击电流，损坏电源、电路板、电机和电机所拖动的设备。
实施例二：
B1：搭建电机驱动***，本具体实施例中，电机驱动***包括电源模块、PWM发生器、单片机、电子开关模块和电机，电源模块通过电子开关模块为电机供电，PWM发生器的信号输出端接电子开关模块的控制输入端，PWM发生器的信号控制输入端接单片机的控制输出端，如图1所示。
具体的，电源模块为铅蓄电池，电子开关模块为由MOS管构成的电子开关模块，MOS管的栅极接PWM发生器的信号输出端。
B2：给电子开关的控制输入端施加PWM脉冲信号，以控制其通断，从而实现电机的软启动，所述PWM脉冲信号的占空比以一定的变化率k从零逐渐增加至1，之后便不再变化，以持续占空比为1施加PWM脉冲信号，其中所述变化率k为：
即
其中，D为PWM脉冲信号的占空比，t为时间，取值范围为[0,N]，N为设定的软启动时间，单位是秒,本具体实施例中N为3秒，则变化率为
其PWM脉冲信号的占空比变化如图3所示。
具体的，通过对单片机进行编程以控制PWM发生器产生具有图3所示的占空比的PWM脉冲信号给MOS管的栅极，控制其导通或断开，PWM脉冲信号的占空比在3秒内按的变化率从零逐渐增加到1，之后便不再变化，以持续占空比为1施加PWM脉冲信号，则电机的转动速度也按此变化率从零增加至额定转速，之后保持额定转速进行转动，实现了电机的软启动，防止产生大的冲击电流，损坏电源、电路板、电机和电机所拖动的设备。
实施例三：
C1：搭建电机驱动***，本具体实施例中，电机驱动***包括电源模块、PWM发生器、单片机、电子开关模块和电机，电源模块通过电子开关模块为电机供电，PWM发生器的信号输出端接电子开关模块的控制输入端，PWM发生器的信号控制输入端接单片机的控制输出端，如图1所示。
具体的，电源模块为锂电池，电子开关模块为由MOS管构成的电子开关模块，MOS管的栅极接PWM发生器的信号输出端。
C2：给电子开关的控制输入端施加PWM脉冲信号，以控制其通断，从而实现电机的软启动，所述PWM脉冲信号的占空比以一定的变化率k从零逐渐增加至1，之后便不再变化，以持续占空比为1施加PWM脉冲信号，其中所述变化率k为：
即
其中，D为PWM脉冲信号的占空比，t为时间，取值范围为[0,N]，N为设定的软启动时间，单位是秒,本具体实施例中N为5秒，则变化率为
其PWM脉冲信号的占空比变化如图4所示。
具体的，通过对单片机进行编程以控制PWM发生器产生具有图4所示的占空比的PWM脉冲信号给MOS管的栅极，控制其导通或断开，PWM脉冲信号的占空比在5秒内按的变化率从零逐渐增加到1，之后便不再变化，以持续占空比为1施加PWM脉冲信号，则电机的转动速度也按此变化率从零增加至额定转速，之后保持额定转速进行转动，实现了电机的软启动，防止产生大的冲击电流，损坏电源、电路板、电机和电机所拖动的设备。
通过大量实验证明，PWM脉冲信号的占空比以上述的变化率从零逐渐增加至1，来实现电机的软启动，不仅启动效率高，而且启动更加平稳，更有效保护了电源、电路板、电机和电机所拖动的设备
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种电机软启动方法，其特征在于，包括如下步骤：
A1：搭建电机驱动***，包括电源模块、电子开关模块和电机，所述电源模块通过电子开关模块为电机供电；
A2：给电子开关的控制输入端施加PWM脉冲信号，以控制其通断，所述PWM脉冲信号的占空比以一定的变化率k从零逐渐增加至1，之后便不再变化，以持续占空比为1施加PWM脉冲信号，其中所述变化率k为：
<mrow>
<mi>k</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mo>&PartialD;</mo>
<mi>D</mi>
</mrow>
<mrow>
<mo>&PartialD;</mo>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mn>2</mn>
<msup>
<mi>N</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
</mfrac>
<mi>t</mi>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mn>2</mn>
<mi>N</mi>
</mfrac>
</mrow>
其中，D为PWM脉冲信号的占空比，t为时间，取值范围为[0,N]，N为设定的软启动时间，单位是秒。
2.根据权利要求1所述的电机软启动方法，其特征在于：所述步骤A1中，电子开关模块为由三极管或场效应管构成的电子开关模块。
3.根据权利要求1所述的电机软启动方法，其特征在于：所述步骤A2中，N的取值在1秒到5秒之间。
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