[发明专利]一种蓄电池供电的直流电机软启动器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，尤其涉及利用PWM调制的蓄电池供电的直流电机软 启动器，可实现功率为3.7KW-55KW的直流电动机的调速。

背景技术

传统的直流电机启动方式是采用的直流接触器切换电阻方式，即在直流电动机的电枢回 路中串入大功率电阻，当电动机启动时通过电阻降压来限制电动机的启动电流，在电动机的 电流或者转速达到期望值时，通过直流接触器将电阻旁路，电阻不再起任何作用，直流电动 机通过旁路电路正常工作。该方式的优点是：回路简单，造价低。缺点是：其调速指标不高， 调速范围不大，平滑性不好；电动机在启动时易发生电流突变，以至于会影响直流工作系统； 直流接触器在多次使用后会产生触点烧结现象。

随着脉宽调制技术的成熟与大功率电力电子的广泛运用，使设计新的直流电动机启 动方式成为了可能。

脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)是利用微处理器的数字输出来对模 拟电路进行控制的一种技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 该调制是一种模拟控制方式，是根据其相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏 置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输 出电压在工作条件变化时保持恒定。PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的 优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式。

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双 极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件， 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流 密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密 度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于 直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引 传动等领域。

发明内容

本发明的目的就是为了解决传统直流电机启动方式的不足点，设计并实现了一种利 用AVR单片机来控制的，精度较高的，启动时间和频率可调的，具有吸收回路保护的蓄 电池供电的直流电机软启动器，它具有在直流电机稳定运行时，可以实现自动稳压的功能， 没有明显的启动电流冲击；直流电机启动时没有热损耗，具有节能的功效；无直流断路器， 不会产生触点烧结现象；对直流电网没有电流冲击，不会影响直流电网上的其它负载正常工 作等特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种蓄电池供电的直流电机软启动器，它包括LCD显示和键盘模块和综合控制模块，综 合控制模块与直流电机动力箱连接，所述LCD显示和键盘模块与综合控制模块双向通信；所 述综合控制模块包括微控制器模块，电压电流信号采样模块和IGBT驱动模块三个模块，电压 电流信号采样模块对直流电机动力箱运行参数进行电压电流实时采样，送入微控制器模块和 吸收回路；微控制器模块依次连接PWM辅助电路、驱动电路和IGBT驱动模块，IGBT驱动模 块与直流电机动力箱连接，对直流电动机进行自动控制；驱动电路也与吸收回路连接，吸收 回路与微控制器模块连接；同时微控制器模块把直流电机动力箱的运行参数传给LCD显示和 键盘模块进行显示，并接受LCD显示和键盘模块传来的指令；电源装置为各模块供电。

所述LCD显示和键盘模块通过RS485串行接口与综合控制模块进行通信，一方面可以实 时显示直流电机动力箱的运行参数，另一方面对综合控制模块发出相关指令，并修改相关参 数。

所述电压电流信号采样模块为霍尔元件及辅助电路。

所述LCD显示和键盘模块通过RS485协议与综合控制模块通信，LCD显示也由RS485提 供+5V电压；

LCD显示包括电压电流菜单，电压电流菜单显示系统的电压电流以及PWM延时和频率大 小；

运行状态菜单实时显示系统状态，包括直流电机动力箱通电状态，电机运行状态，接触 器的开断，电压值，电流值正常与否；

事件记录菜单记录电机的开启，停止，以及过欠压，过欠流状况发生的时间；

PWM工作模式菜单可以对PWM频率及延时时间进行设置，便于针对不同功率的电动机进 行合适的运行调速。