数字式智能电机控制模块

主题：介绍一种取代传统电机起动装置的数字式智能电机控制模块，内容包括其系统构成、主要功能、实验情况及在实际中的应用。
关键词：移相调控　单片机　电压斜坡起动　限流起动　软停车　节能运行

一、概述
众所周知，三相交流异步电动机以其低成本，高可靠性和易维护等优点在各行业中广泛应用。但是，它在直接起动时，存在着很大的缺点：首先，它的起动电流高达额定电流的5－7倍，这需要电网有很大的裕量，而且降低了电器控制设备的使用寿命，増加维护成本，甚至影响了其它电气设备的正常运行；其次，起动转矩可达正常转矩的2倍，这会对负载产生冲击，增加传动部件的磨擦和额外维护。因为以上原因，出现了三相异步电动机降压起动设备。
传统的降压起动有以下几种方法:
1、在电动机定子回路中串入电抗器，使一部分电压降在电抗器上；
2、星形－三角形转换降压起动(Y －△)。电机起动时接成星形，起动结束后，通过一个转换器变成三角形接法；
3、起动补偿器起动（自耦变压器起动）。
传统的起动设备体积庞大，成本高，结构复杂，与负载匹配的电机转距很难控制，也就是说很难得到合适的起动电流和起动转距；而且在切换瞬间会产生很高的电流尖峰，由此产生的机械振动会损害电机转子、轴连接器、中间齿轮以及负载。
因此，就需要有一种能克服传统起动缺点的起动装置。由银河公司开发生产的捷普牌新一代数字式智能电机控制模块，不但完全克服了传统起动的缺点，对各种起动方法做了进一步的改善和提高，另外还增加了很多其他功能，比如： 节能运行，过流保护，过热保护，缺相保护等等。
这种模块采用数码管显示、按键控制，整个起动过程全部由单片机按照预先设定自动完成，所以操作起来极其方便。
用户通过按键调整参数设置，可以按实际情况选择不同的起动方式，能够很方便地控制起动电流，得到与负载相匹配的电机转矩。
二、模块内部结构及电气原理
模块内部结构如图1。从图中可以看出，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。

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、对称度。对控制端加0-10V电平信号，即可控制移相角度。

同步变压器输出同步信号给移相电路，其中一路另外分给单片机，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。
传感器包括两种：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，以备单片机进行处理。
显示、控制部分采用串行口与单片机进行通讯，这种通讯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。
三、主要功能
智能电机控制模块主要能够完成以下功能：
1、电压斜坡起动
2、限流起动
3、电压突跳功能
4、软停车
5、节能运行
6、过流、过热、缺相保护
分别介绍如下：
1、电压斜坡起动

如图3，系统首先加一个电压Us到电机上，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80－300 V。Ts由用户设定，可以在1－90秒中选择。在实际使用中，用户根据实际情况，例如电机功率大小、负载大小等，选择合适的参数，达到最佳起动效果。
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。
2、限流起动

如图4，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。
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。
3、电压突跳功能

实际应用中，很多负载具有很大的静摩擦力；而在电压斜坡起动方式中，电压是由小到大逐渐上升的。如果直接使用电压斜坡方式起动，在起动开始的一段时间内，因所加电压太小，克服不了负载的静摩擦力，电机不动，造成因发热而损坏电机的情况。电压突跳功能则解决