專利名稱：：一種自帶變頻控制器的異步電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型屬于電機控制領(lǐng)域，特別涉及一種自帶變頻控制器的異步電機。技術(shù)背景目前，各種電機的應(yīng)用非常廣泛，其中，交流異步電機以其自身的優(yōu)點廣泛應(yīng)用于各種位置及轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的電機調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的電機基本都是獨立的執(zhí)行機構(gòu)，實際應(yīng)用時必需為其額外配置變頻控制器，若變頻控制器選擇不合理將導致電機性能下降、效率降低，嚴重時將燒毀電機，造成重大經(jīng)濟損失。而且，隨著電機與變頻控制器之間連接電纜長度的增加，變頻控制器功率開關(guān)器件產(chǎn)生的高次諧波電流成分也將隨之增多，導致電機發(fā)熱。若變頻控制器輸出頻率與電機的固有頻率一致時，將使電機產(chǎn)生共振，嚴重時將損壞相關(guān)設(shè)備，影響系統(tǒng)正常工作。此外，這種電機與變頻控制器的分離結(jié)構(gòu)需要額外配置相應(yīng)的位置傳感器，造成系統(tǒng)成本高，安裝不方便，維護困難等問題。
發(fā)明內(nèi)容針對目前電機獨立應(yīng)用時存在的一系列弊端，本實用新型提供一種自帶變頻控制器的異步電機。該電機自帶變頻控制器，并且用光電編碼器取代傳統(tǒng)的位置傳感器安裝于電機內(nèi)部，是一種集變頻控制器、位置傳感器、電機為一體的機電一體化異步電機。本實用新型的硬件系統(tǒng)包括異步電機、變頻控制器、光電編碼器；其中異步電機與變頻控制器、光電編碼器相連，變頻控制器與光電編碼器相連，如圖1所示。通過螺栓將變頻控制器固定在異步電機的一端，光電編碼器安裝在異步電機內(nèi)部定子上，通過接口與變頻控制器相連；變頻控制器底部的散熱片通過螺栓安裝在電機的一端；本實用新型可根據(jù)需要與上位機或PLC等其它控制設(shè)備用導線直接相接。本實用新型的優(yōu)點如下-1.機電一體化設(shè)計，無需額外配置變頻器，結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝及維護；2.省去傳統(tǒng)的位置傳感器，節(jié)省成本；3.電機自帶的變頻控制器與電機本身做到參數(shù)最優(yōu)匹配，電機效率最高；4.針對不同應(yīng)用場合，只需用面板操作單元設(shè)置相關(guān)參數(shù)即可投入使用；5.電機根據(jù)不同的應(yīng)用場合可通過自帶的變頻控制器自動調(diào)速；6.接線方便，用戶只需接兩根電源線及六根信號線即可；7.操作面板簡潔，便于用戶操作；8.全封閉式防水設(shè)計，安全實用；9.散熱片與變頻控制器及電機緊密結(jié)合，便于變頻控制器及電機散熱。圖l本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2變頻控制器的結(jié)構(gòu)框圖；圖3本實用新型的的外部接線圖；圖4變頻控制器的供電單元的電路原理圖；圖5變頻控制器的控制單元的電路原理圖；圖6變頻控制器的面板操作單元的電路原理圖；圖7光電編碼器的電路原理圖；圖8啟停過程流程圖；圖9位置控制過程流程圖；圖10轉(zhuǎn)速控制過程流程圖；圖ll正反轉(zhuǎn)控制過程流程圖；具體實施方式以下結(jié)合附圖及一優(yōu)選方案對本發(fā)明作進一步說明。本實用新型的電機采用性能較好的交流異步電機，規(guī)格如下-額定功率90W額定電流0.7A額定電壓220V頻率3~50Hz轉(zhuǎn)數(shù)880r/m絕緣等級F。本實用新型的所選的變頻控制器可選多種型號，下例為一優(yōu)選變頻控制器。本實用新型的所優(yōu)選的變頻控制器的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，由供電單元、控制單元、面板操作單元、光電編碼器、異步電機組成；其中控制單元分別與供電單元、光電編碼器及面板操作單元、異步電機相連，異步電機與光電編碼器相連；本實用新型的變頻控制器的控制單元可用預(yù)留出來的接線端子與上位機或PLC直接用導線相連本實用新型的所有選的變頻控制器的外部接線圖如圖3所示。為方便用戶安裝，本控制器采用機電一體化設(shè)計，控制單元的J3和J4在內(nèi)部己接好，對外只引出兩組接線端子。Jl接至單相電源輸入，即與供電單元的CN1相連；J2為控制信號端子，是預(yù)留出來的，可與上位機用導線直接相連；J4與光電編碼器相連，J3與異步電機的供電端口相連；接線操作如圖3所示，端子說明如表l所示；通過螺栓將變頻控制器固定在異步電機的一端。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本實用新型的光電編碼器采用兩個光電開關(guān)制成，安裝于電機的定子上，轉(zhuǎn)子在相關(guān)位置開出一定數(shù)目的齒槽，轉(zhuǎn)動時穿過兩個光電開關(guān)，形成互差90度的兩組脈沖，原理圖如圖7所示，接線圖如圖3所示。本實用新型的裝置使用非常方便，將控制器安裝在電梯轎廂頂部后，只需按照圖3將相關(guān)的電源線及信號線接好即可。優(yōu)選的變頻控制器的供電單元的電路原理圖如圖4所示，單相220V交流電與連接器Jl、J2相連，Jl的腳1通過熱熔器與電抗器Ll的4腳相連，JI的腳3與Ll的腳1相連，壓敏電阻ZNR1、電容Cl都與這兩相并聯(lián)，Jl的腳2通過電容C12與單相二極管整流橋模塊KBP06的腳3相連，KBP06的腳2與Ll的腳3相連，KBP06的腳1通過熱敏電阻NTC1與變壓器Tl的腳1相連，KBP06的腳4與三腳控制芯片Ul的腳2相連，Ul的腳3與Tl的腳2相連，Tl的腳8通過二極管D3輸出+5V直流電，Tl的腳7直接與電源地相連；Tl的腳6通過二極管D2與電源芯片U4的l腳相連，腳3輸出15V直流電壓，T1的腳5與U4的腳2、15V的電源地相連；電源與地之間有電容、電阻的并聯(lián)回路；Tl的腳4通過二極管D4與光電耦合器U2的腳4相連，Tl的腳3與Ul的腳3相連，U2的腳1、2分別通過電阻R4、R5與5V電源和5V地相連，U2的腳2通過電容C9、電阻R6與5V電源相連，U2的腳2通過電容C9、電阻R7與5V電源地相連。供電單元是采用美國功率集成公司(PowerIntegrationsInc.)的型號為T0P222Y的控制芯片拓展的髙頻開關(guān)電源，它具有可靠、成本低、效率高、應(yīng)用靈活等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于各種開關(guān)電源中。本裝置采用T0P222Y與高頻變壓器結(jié)合配以相關(guān)的外圍電路',給控制單元提供穩(wěn)定的+5V及+15V電源。單相220V交流電經(jīng)整流濾波后接高頻變壓器及T0P222Y，通過T0P222Y控制高頻變壓器的通斷占空比，高頻變壓器輸出經(jīng)整流濾波穩(wěn)壓后得到+5V及+15V電源，其中+5V電壓經(jīng)由可控穩(wěn)壓器LM431及光電耦合器PC817C反饋到T0P222Y的控制端，通過改變PWM占空比使+5V得到穩(wěn)定，+15V則由高頻變壓器輸出整流濾波后經(jīng)線性穩(wěn)壓器7815得到。優(yōu)選的變頻控制器控制單元的電路原理圖如圖5所示，單片機IC1采用ST7FMC2S4T6，IC1的0SC1、OSC2管腳與晶振電路XTAL1的兩端相連；IC1的VDD-0、VDD-1、VAREF管腳與+5乂電源相連；ICl的VSS-0、VSS-1、VSSA管腳與數(shù)字地相連；IC1的S^、MCCREF管腳分別與電阻RC1、RD1相連;IC1的AIN0、MCIA、MCS0、AIN3、AIN4、0AP管腳與阻排RP1相連；IC1的MCIB、MCIC管腳分別與存儲器IC2的SCL、SDA管腳相連；IC1的TD0、RDI管腳分別與電阻RC2、RC3相連；IC1的RESET分別與電阻RA1、電容E1二極管D1、電容CB4相連；IC1的(HS)MCOO、(HS)MCOl、(HS)MC02、(HS)MC03、(HS)MC04、(HS)MC05分別與可編程邏輯器件IC3的6~1管腳相連；IC1的ICAP2-B、0CMP1-B、0CMP2-B管腳分別與輸出電路中的RE1、RE2、RE3相連；IC1的AIN13、AIN12管腳分別與的反相器IC4的2、4兩腳相連；IC1的ICCDATA、ICCCLK、ICCSEL管腳分別與電阻RC4、RC5、RD2相連；IC1的SCK、0AN、STPP測管腳分別與IC3的13、12、9腳相連；IC2的A0、Al、A2、VSS、TEST與數(shù)字地相連；IC2的■與VCC相連，如圖5(a)所示；IC3的7、11腳分別與光電耦合器0P3的腳4、IC4的腳6相連，IC3的14-19腳分別與IC6的WN、VN、UN、WP、VP、UP相連，如圖5(b)所示。單片機采用ST公司的ST7FMC2S4T6型的單片機，該芯片為電機專用控制芯片，提供了和電機控制相關(guān)的多種外設(shè)。時鐘電路采用16M的晶振，保護電路分過壓保護及IPM故障保護，過壓保護采用型號為LM358的運算放大器實現(xiàn)取樣及電壓比較，IPM故障保護信號來自IPM的故障保護輸出引腳，EEPROM主要是為了存儲系統(tǒng)設(shè)定控制參數(shù)、故障信息等。外部中斷輸入來自外部的指令輸入，輸出電路采用繼電器輸出，給出到位信號等?？删幊踢壿嬈骷捎眯吞枮镚AL16V8D的GAL邏輯器件，在發(fā)生故障時可實時封鎖來自CPU的PWM控制信號，以保護設(shè)備的安全。主電路采用典型的電壓型交一直一交控制方式，單相220V交流電經(jīng)整流濾波后與三菱公司的型號為PS21564的IPM模塊相連，該模塊內(nèi)置驅(qū)動及各種保護電路，耐壓600V，最大允許電流15A，完全滿足了系統(tǒng)的要求，并且留有余量，可以保證實驗過程中發(fā)生意外時也能夠通過保護措施保護開關(guān)管不致?lián)p壞。優(yōu)選的變頻控制器面板操作單元的電路原理圖如圖6所示，單片機IC7的0SC1、0SC2管腳與晶振電路XTAL1兩端相連；IC7的PC1、PC2、PCO、PC3、PC7、PC5管腳分別與按鍵S1S6相連；IC7的PC4、PC6、VPP管腳分別與電阻RC1、RC2、RD1相連；IC7的RESET分別與電阻RA6、二極管D1、電容E1、按鍵S8相連；IC7的RDI、TDO管腳分別與電阻RC5、RC4相連;IC7的PB3、PBO管腳分別與IC8的SCL、SDA管腳相連；IC7的PB4、PDO、PD1分別與IC9的SER、RCK、SRCK相連，如圖23所示；IC7的PFO、PF1、PF4、PF6、PF7分別與電阻的RA1、RA3、RA2、RA5、RA4相連;IC7的PA4、PA6、PA7管腳分別與發(fā)光二極管的LED2、LED3、LED4相連；IC9的QAQH管腳分別通過電阻RB6、RB1、RB5、RB7、RB3、RB2、RB4、RB8與數(shù)碼管DP1、DP2的C、A、E、G、B、D、DF腳相連；連接器J2的3、4、6、5針分別與IC7的TD0、RDI、/RESET、按鈕S7相連；J2與控制單元的Jl相連。面板操作單元是本發(fā)明裝置向用戶提供的操作界面，通過鍵盤及顯示模塊可設(shè)置或査詢各種與運行的相關(guān)參數(shù)，也可通過鍵盤向主控制單元發(fā)出各種運行指令；顯示單元由數(shù)碼管及發(fā)光二極管組成，實時監(jiān)視系統(tǒng)當前運行狀態(tài);存儲器EEPR0M存儲各種控制參數(shù)及故障碼等；部時鐘電路為單片機提供時鐘信號。光電編碼器的電路原理圖如圖7所示，連接器C0N1的2、3針分別與控制單元的光電耦合器0P1、0P2的2腳相連。優(yōu)選的變頻控制器控制單元的CPU中嵌入各種位置及轉(zhuǎn)速控制方法，該方法是用C語言編寫的，包括啟?？刂?、位置控制、轉(zhuǎn)速控制、正反轉(zhuǎn)控制四個流程。本實用新型的啟?？刂屏鞒贪匆韵虏襟E執(zhí)行，如圖8所示步驟一、開始；步驟二、系統(tǒng)初始化；步驟三、判斷是否有啟動命令，是，進入步驟四，否則進入步驟二;步驟四、運行；步驟五、判斷是否有停止命令，是，進入步驟六，否則進入步驟四;步驟六、緊急制動；步驟七、停機；步驟八、返回。其中啟動、停止命令可由上位機/PLC通過輸入端子送給變頻器，也可通過變頻器本身的鍵盤輸入。本實用新型的位置控制流程按以下步驟執(zhí)行，如圖9所示步驟一、開始；步驟二、系統(tǒng)初始化；步驟三、設(shè)置位置給定；步驟四、啟動運行；步驟五、實時檢測光電編碼器的脈沖信號；步驟六、根據(jù)脈沖數(shù)計算對象的位置；步驟七、與給定位置相比較；步驟八、判斷是否相等，是，進入步驟九，否則進入步驟五；步驟九、改變轉(zhuǎn)速；步驟十、返回。其中位置給定是預(yù)先設(shè)定幾個位置點，每個位置點對應(yīng)不同的給定轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)運行過程中達到相應(yīng)的位置時就通過軟件改變變頻器的輸出頻率，從而改變電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)位置控本實用新型的轉(zhuǎn)速控制流程按以下步驟執(zhí)行，如圖IO所示-步驟一、開始；步驟二、系統(tǒng)初始化；步驟三、設(shè)置給定頻率；步驟四、啟動運行；步驟五、實時檢測光電編碼器的脈沖信號；步驟六、根據(jù)脈沖數(shù)計算對象的轉(zhuǎn)速；步驟七、與給定轉(zhuǎn)速相比較；步驟八、判斷是否相等，是，進入步驟五，否則進入步驟九;步驟九、改變轉(zhuǎn)速，回到步驟七。其中改變轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)是通過軟件實現(xiàn)的，系統(tǒng)實時檢測電機的轉(zhuǎn)速，并與給定轉(zhuǎn)速相比較，當不相等時，系統(tǒng)將自動改變變頻器輸出頻率，達到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。本實用新型的正反轉(zhuǎn)控制流程按以下步驟執(zhí)行，如圖11所示步驟一、開始；步驟二、系統(tǒng)初始化；步驟三、判斷是否有控制指令輸入，是，進入步驟四，否則進入步驟三步驟四、判斷是否為正轉(zhuǎn)指令，是，進入步驟五，否則進入步驟四；步驟五、正轉(zhuǎn)運行；步驟六、判斷是否有反轉(zhuǎn)指令，是，進入步驟七，否則進入步驟五；步驟七、反轉(zhuǎn)運行；步驟八、判斷是否為正轉(zhuǎn)指令，是，進入步驟五，否則進入步驟九；步驟九、返回。權(quán)利要求1.一種自帶變頻控制器的異步電機，其特征在于包括異步電機、變頻控制器、光電編碼器；其中異步電機與變頻控制器、光電編碼器相連，變頻控制器與光電編碼器相連；通過螺栓將變頻控制器固定在異步電機的一端，光電編碼器安裝在異步電機內(nèi)部定子上，通過接口與變頻控制器相連，變頻控制器底部的散熱片通過螺栓安裝在電機的一端。專利摘要一種自帶變頻控制器的異步電機，包括異步電機、變頻控制器、光電編碼器；其中異步電機與變頻控制器、光電編碼器相連，變頻控制器與光電編碼器相連；通過螺栓將變頻控制器固定在異步電機的一端，光電編碼器安裝在異步電機內(nèi)部定子上，通過接口與變頻控制器相連，變頻控制器底部的散熱片通過螺栓安裝在電機的一端。它的優(yōu)點是機電一體化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝維護，操作簡單，成本低，安全實用。文檔編號H02P27/04GK201113905SQ20072001329公開日2008年9月10日申請日期2007年7月13日優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日發(fā)明者任雙艷,平張,張淵博,邊春元,鄭祥武申請人:平張