一种基于xe164fn的他励直流电机软启动器的制造方法
一种基于xe164fn的他励直流电机软启动器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种电机启动控制器，特别是涉及一种基于XE164FN的他励直流 电机软启动器。
【背景技术】
[0002] 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直接加上额 定电压，会产生接近十倍于额定电流的冲击电流。送种过大的启动电流会引起电源电压突 然降低，影响接在同一电源上的负载的正常安全运行，同时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。由于直流电机工作在各种不同的场合，并且工作环境差，性能要求高，因此，对于 较大功率的直流电机，不可直接启动，必须安装软启动器装置。
[0003] 所谓软启动，就是控制电机电枢电压，使其电压由一个合适的大小逐渐升至额定 电压，从而减小电机的启动电流，使其可控并且可根据需要调节大小。电机启动的全过程都 不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为实现直流电机的软启动，满足直流电机在不同环境下有较好的 可靠性、耐用性、耐久性的需要，提供一款软启动器，使直流电机能够平滑无冲击启动，并实 现多重保护功能。
[0005] 本发明的目的是送样实现的： 本系统主要包括硬件和软件两大部分，硬件电路即主控电路，包括主电路和控制电路， 主电路W IGBT为核必，设计PWM直流斩波电路，是实现系统功能必不可少的一部分，IGBT为 主开关元件，其栅极接收PWM脉冲信号，会使IGBT间歇性开通与关断，改变PWM信号的占空 比，从而控制加在直流电机电枢绕组两端电压的平均值，最终达到控制电机软启动的目的； 控制电路W单片机为控制核必，由单片机的一个端口输出PWM信号，经驱动电路驱动IGBT， 同时电枢电流经霍尔电流传感器检测反馈回单片机，实时监测电流大小，当电流大小超过 理论计算的最大值时，单片机会发出信号，断开直流电机两端电压，保护电机及电源，控制 电路还包括显示电路、稳压电路等主要功能模块，显示电路显示调速状态时的电压占空比 W及软启动时间，稳压电路为系统提供稳定的5V电源；系统硬件电路是系统设计最重要的 部分之一，稳定可靠的硬件电路是系统实现设计要求的重要保障。
[0006] 软件部分最重要的是算法，算法的精简性和合理性决定了系统能够快速稳定的完 成设计要求，本系统采用斜坡电压启动方式，该方式适合用于重载下的电机软启动，电机电 枢电压W-定的斜率上升至额定电压，其中斜率的大小和初始占空比的设定及软启动时间 的设定有关，其公式为：
[0007] 本发明的优点是： (1)冲击电流和冲击转矩小，通过逐渐增大IGBT的占空比。
[0008] (2)安全性高，可W进行远程控制大功率电机，保障工作人员人身安全。
[0009] (3)可靠性高，设有保护功能，对设备进行了模块化设计，易于发现故障并维护。
【附图说明】
[0010] 图1为软启动器硬件框图； 图2为系统主程序流程图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述： 实施例1 结合图1，图1为软启动器硬件框图。本系统主要包括硬件和软件两大部分，硬件电 路即主控电路，包括主电路和控制电路，所述的主电路W IGBT为核必，PWM直流斩波电路， IGBT为主开关元件，其栅极接收PWM脉冲信号，使IGBT间歇性开通与关断，改变PWM信号的 占空比，控制加在直流电机电枢绕组两端电压的平均值，控制电机软启动，所述的控制电路 包括显示电路、稳压电路。
[0012] 所述的控制电路W单片机为控制核必，由单片机的一个端口输出PWM信号，经驱 动电路驱动IGBT，同时电枢电流经霍尔电流传感器检测反馈回单片机，实时监测电流大小， 当电流大小超过理论计算的最大值时，单片机会发出信号，断开直流电机两端电压。
[0013] 所述的显示电路显示调速状态时的电压占空比W及软启动时间。
[0014] 所述的稳压电路为系统提供5V电源。
[0015] 本系统采用斜坡电压启动方式，电机电枢电压W-定的斜率上升至额定 电压，其中斜率的大小和初始占空比的设定及软启动时间的设定有关，其公式为：
[0016] 控制电路是基于单片机技术及软件编程有关知识，对该系统进行指令控制W及实 施各种保护功能，主电路是对主开关元件IGBT的应用，设计了具有继电器的PWM电路，是实 现电机软启动的重要组成部分，其中继电器是保护电机和电源不可或缺的一部分。
[0017] 本系统的控制过程是通过单片机产生的PWM脉冲信号，控制IGBT的通断W改变电 枢电压平均值的大小，达到降低电机启动电流的目的。其中PWM脉冲信号的初始占空比可 调，W保证电机的启动转矩大于负载转矩，电机启动时间可W自主设定，在运行过程中IGBT 的占空比逐渐增大至1，然后电机软启动完成，继电器做出相应动作使电机保持在额定电压 下工作。
[001引英飞凌单片机XE164FN ;系统控制单元，执行程序指令，产生PWM脉冲信号，分析系 统反馈的各项数据，并发出相应指令信号。
[0019] 系统主要模块介绍如下： 驱动电路；采用EXB841作为驱动芯片驱动IGBT，该款芯片具有单电源、正负偏压、故障 保护等主要功能。
[0020] 显示电路：显示驱动IGBT信号的占空比和软启动时间送两项主要参数，为软启动 参数的设置提供清晰地数据显示。
[002。 电流检测电路：检测电枢电流并反馈给控制芯片XE164FN，对于超出设定值的反 馈信号给与及时处理，断开继电器，保护电源和电机。
[002引 PWM电路；该部分电路W IGBT为核必，设计了 PWM斩波电路，用来控制电机电枢电 压。
[002引稳压电路；本部分W稳压元件LM2576为核必，为整个系统提供稳定的5V电源。 [0024] 其他硬件电路；本系统中使用了四个继电器，两个5V继电器，两个24V施耐德继电 器，其中，两个24V继电器在主电路中使用，另外两个控制主电路中继电器的通断，在理论 上实现了人与大功率电机的远程控制，保障了工作人员的安全。其次，本系统还使用电位器 进行无级调速的设计和轻触按键进行电机运行状态选择的控制设计，电路设计较为简单， 主要是进行了程序的编写与调试。
[00幼 实施例2 结合图2,图2为系统主程序流程图。统开始运行，首先进行系统初始化，初始化包括显 示模块、AD模块、定时器W及PCA (PWM脉冲产生模块)的初始化。系统初始化完毕后，必须 要对电枢电流进行检测，不能允许超过额定电流1. 5倍的电枢电流在电机中产生。电流检 测之后，若有故障，则进行故障处理直至消除故障，然后对系统参数进行设置并运行，而后 开启中断后，再进行电流检测，并在产生故障时消除故障，最后占空比达到1，启动结束。
【主权项】
1. 一种基于XE164FN的他励直流电机软启动器，其特征在于：本系统主要包括硬件和 软件两大部分，硬件电路即主控电路，包括主电路和控制电路，所述的主电路以IGBT为核 心，PWM直流斩波电路，IGBT为主开关元件，其栅极接收PffM脉冲信号，使IGBT间歇性开通 与关断，改变PWM信号的占空比，控制加在直流电机电枢绕组两端电压的平均值，控制电机 软启动，所述的控制电路包括显示电路、稳压电路。2. 根据权利要求1所述的一种基于XE164FN的他励直流电机软启动器，其特征在于： 所述的控制电路以单片机为控制核心，由单片机的一个端口输出PWM信号，经驱动电路驱 动IGBT，同时电枢电流经霍尔电流传感器检测反馈回单片机，实时监测电流大小，当电流大 小超过理论计算的最大值时，单片机会发出信号，断开直流电机两端电压。3. 根据权利要求1所述的一种基于XE164FN的他励直流电机软启动器，其特征在于： 所述的显示电路显示调速状态时的电压占空比以及软启动时间。4. 根据权利要求1所述的一种基于XE164FN的他励直流电机软启动器，其特征在于： 所述的稳压电路为系统提供5V电源。5. 根据权利要求1所述的一种基于XE164FN的他励直流电机软启动器，其特 征在于：本系统采用斜坡电压启动方式，电机电枢电压以一定的斜率上升至额定 电压，其中斜率的大小和初始占空比的设定及软启动时间的设定有关，其公式为：
【专利摘要】本发明的一种基于XE164FN的他励直流电机软启动器，满足了直流电机在不同环境下有较好的可靠性、耐用性、耐久性的需要；其软启动电路主要由控制电路、驱动电路以及PWM斩波电路组成；控制电路的核心为XE164FN单片机，PWM电路的核心部件为IGBT，由单片机根据程序指令产生触发脉冲，经驱动电路控制IGBT的通断，从而控制电枢回路电压，使电枢电压平均值逐渐升高，最后达到额定电压，达到软启动的目的。
【IPC分类】H02P1/18
【公开号】CN105490588
【申请号】CN201410472410
【发明人】李相武, 王瑛, 李忠喜
【申请人】哈尔滨恒誉名翔科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月17日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种电机启动控制器，特别是涉及一种基于XE164FN的他励直流 电机软启动器。
【背景技术】
[0002] 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直接加上额 定电压，会产生接近十倍于额定电流的冲击电流。送种过大的启动电流会引起电源电压突 然降低，影响接在同一电源上的负载的正常安全运行，同时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。由于直流电机工作在各种不同的场合，并且工作环境差，性能要求高，因此，对于 较大功率的直流电机，不可直接启动，必须安装软启动器装置。
[0003] 所谓软启动，就是控制电机电枢电压，使其电压由一个合适的大小逐渐升至额定 电压，从而减小电机的启动电流，使其可控并且可根据需要调节大小。电机启动的全过程都 不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为实现直流电机的软启动，满足直流电机在不同环境下有较好的 可靠性、耐用性、耐久性的需要，提供一款软启动器，使直流电机能够平滑无冲击启动，并实 现多重保护功能。
[0005] 本发明的目的是送样实现的： 本系统主要包括硬件和软件两大部分，硬件电路即主控电路，包括主电路和控制电路， 主电路W IGBT为核必，设计PWM直流斩波电路，是实现系统功能必不可少的一部分，IGBT为 主开关元件，其栅极接收PWM脉冲信号，会使IGBT间歇性开通与关断，改变PWM信号的占空 比，从而控制加在直流电机电枢绕组两端电压的平均值，最终达到控制电机软启动的目的； 控制电路W单片机为控制核必，由单片机的一个端口输出PWM信号，经驱动电路驱动IGBT， 同时电枢电流经霍尔电流传感器检测反馈回单片机，实时监测电流大小，当电流大小超过 理论计算的最大值时，单片机会发出信号，断开直流电机两端电压，保护电机及电源，控制 电路还包括显示电路、稳压电路等主要功能模块，显示电路显示调速状态时的电压占空比 W及软启动时间，稳压电路为系统提供稳定的5V电源；系统硬件电路是系统设计最重要的 部分之一，稳定可靠的硬件电路是系统实现设计要求的重要保障。
[0006] 软件部分最重要的是算法，算法的精简性和合理性决定了系统能够快速稳定的完 成设计要求，本系统采用斜坡电压启动方式，该方式适合用于重载下的电机软启动，电机电 枢电压W-定的斜率上升至额定电压，其中斜率的大小和初始占空比的设定及软启动时间 的设定有关，其公式为：
[0007] 本发明的优点是： (1)冲击电流和冲击转矩小，通过逐渐增大IGBT的占空比。
[0008] (2)安全性高，可W进行远程控制大功率电机，保障工作人员人身安全。
[0009] (3)可靠性高，设有保护功能，对设备进行了模块化设计，易于发现故障并维护。
【附图说明】
[0010] 图1为软启动器硬件框图； 图2为系统主程序流程图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述： 实施例1 结合图1，图1为软启动器硬件框图。本系统主要包括硬件和软件两大部分，硬件电 路即主控电路，包括主电路和控制电路，所述的主电路W IGBT为核必，PWM直流斩波电路， IGBT为主开关元件，其栅极接收PWM脉冲信号，使IGBT间歇性开通与关断，改变PWM信号的 占空比，控制加在直流电机电枢绕组两端电压的平均值，控制电机软启动，所述的控制电路 包括显示电路、稳压电路。
[0012] 所述的控制电路W单片机为控制核必，由单片机的一个端口输出PWM信号，经驱 动电路驱动IGBT，同时电枢电流经霍尔电流传感器检测反馈回单片机，实时监测电流大小， 当电流大小超过理论计算的最大值时，单片机会发出信号，断开直流电机两端电压。
[0013] 所述的显示电路显示调速状态时的电压占空比W及软启动时间。
[0014] 所述的稳压电路为系统提供5V电源。
[0015] 本系统采用斜坡电压启动方式，电机电枢电压W-定的斜率上升至额定 电压，其中斜率的大小和初始占空比的设定及软启动时间的设定有关，其公式为：
[0016] 控制电路是基于单片机技术及软件编程有关知识，对该系统进行指令控制W及实 施各种保护功能，主电路是对主开关元件IGBT的应用，设计了具有继电器的PWM电路，是实 现电机软启动的重要组成部分，其中继电器是保护电机和电源不可或缺的一部分。
[0017] 本系统的控制过程是通过单片机产生的PWM脉冲信号，控制IGBT的通断W改变电 枢电压平均值的大小，达到降低电机启动电流的目的。其中PWM脉冲信号的初始占空比可 调，W保证电机的启动转矩大于负载转矩，电机启动时间可W自主设定，在运行过程中IGBT 的占空比逐渐增大至1，然后电机软启动完成，继电器做出相应动作使电机保持在额定电压 下工作。
[001引英飞凌单片机XE164FN ;系统控制单元，执行程序指令，产生PWM脉冲信号，分析系 统反馈的各项数据，并发出相应指令信号。
[0019] 系统主要模块介绍如下： 驱动电路；采用EXB841作为驱动芯片驱动IGBT，该款芯片具有单电源、正负偏压、故障 保护等主要功能。
[0020] 显示电路：显示驱动IGBT信号的占空比和软启动时间送两项主要参数，为软启动 参数的设置提供清晰地数据显示。
[002。 电流检测电路：检测电枢电流并反馈给控制芯片XE164FN，对于超出设定值的反 馈信号给与及时处理，断开继电器，保护电源和电机。
[002引 PWM电路；该部分电路W IGBT为核必，设计了 PWM斩波电路，用来控制电机电枢电 压。
[002引稳压电路；本部分W稳压元件LM2576为核必，为整个系统提供稳定的5V电源。 [0024] 其他硬件电路；本系统中使用了四个继电器，两个5V继电器，两个24V施耐德继电 器，其中，两个24V继电器在主电路中使用，另外两个控制主电路中继电器的通断，在理论 上实现了人与大功率电机的远程控制，保障了工作人员的安全。其次，本系统还使用电位器 进行无级调速的设计和轻触按键进行电机运行状态选择的控制设计，电路设计较为简单， 主要是进行了程序的编写与调试。
[00幼 实施例2 结合图2,图2为系统主程序流程图。统开始运行，首先进行系统初始化，初始化包括显 示模块、AD模块、定时器W及PCA (PWM脉冲产生模块)的初始化。系统初始化完毕后，必须 要对电枢电流进行检测，不能允许超过额定电流1. 5倍的电枢电流在电机中产生。电流检 测之后，若有故障，则进行故障处理直至消除故障，然后对系统参数进行设置并运行，而后 开启中断后，再进行电流检测，并在产生故障时消除故障，最后占空比达到1，启动结束。
【主权项】
1. 一种基于XE164FN的他励直流电机软启动器，其特征在于：本系统主要包括硬件和 软件两大部分，硬件电路即主控电路，包括主电路和控制电路，所述的主电路以IGBT为核 心，PWM直流斩波电路，IGBT为主开关元件，其栅极接收PffM脉冲信号，使IGBT间歇性开通 与关断，改变PWM信号的占空比，控制加在直流电机电枢绕组两端电压的平均值，控制电机 软启动，所述的控制电路包括显示电路、稳压电路。2. 根据权利要求1所述的一种基于XE164FN的他励直流电机软启动器，其特征在于： 所述的控制电路以单片机为控制核心，由单片机的一个端口输出PWM信号，经驱动电路驱 动IGBT，同时电枢电流经霍尔电流传感器检测反馈回单片机，实时监测电流大小，当电流大 小超过理论计算的最大值时，单片机会发出信号，断开直流电机两端电压。3. 根据权利要求1所述的一种基于XE164FN的他励直流电机软启动器，其特征在于： 所述的显示电路显示调速状态时的电压占空比以及软启动时间。4. 根据权利要求1所述的一种基于XE164FN的他励直流电机软启动器，其特征在于： 所述的稳压电路为系统提供5V电源。5. 根据权利要求1所述的一种基于XE164FN的他励直流电机软启动器，其特 征在于：本系统采用斜坡电压启动方式，电机电枢电压以一定的斜率上升至额定 电压，其中斜率的大小和初始占空比的设定及软启动时间的设定有关，其公式为：
【专利摘要】本发明的一种基于XE164FN的他励直流电机软启动器，满足了直流电机在不同环境下有较好的可靠性、耐用性、耐久性的需要；其软启动电路主要由控制电路、驱动电路以及PWM斩波电路组成；控制电路的核心为XE164FN单片机，PWM电路的核心部件为IGBT，由单片机根据程序指令产生触发脉冲，经驱动电路控制IGBT的通断，从而控制电枢回路电压，使电枢电压平均值逐渐升高，最后达到额定电压，达到软启动的目的。
【IPC分类】H02P1/18
【公开号】CN105490588
【申请号】CN201410472410
【发明人】李相武, 王瑛, 李忠喜
【申请人】哈尔滨恒誉名翔科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月17日
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