專利名稱：控制交流感應電機的啟動、停止和速度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電機控制，特別是涉及一種利用軟啟動器控制交流(AC)感應電機啟動、停止及其速度的方法。
存在兩種控制AC感應電機啟動、停止及其速度的基本方法。第一種方法，將可調頻率控制器連接到AC感應電機?？烧{頻率控制器包括利用固態(tài)開關將DC功率轉換成階梯波形AC功率的逆變器。波形發(fā)生器在微處理器的控制下為逆變器產生開關信號。盡管可調頻率控制器可以有效地控制電機速度和AC感應電機消耗的功率，但是這種類型的控制器十分昂貴。此外，因為許多AC感應電機的應用場合并不需要復雜的頻率和電壓控制，所以已經(jīng)開發(fā)出可調頻率控制器的替代品。
可調頻率控制器的替代方法是軟啟動器。軟啟動器利用相位控制原理工作，由此，供給AC感應電機的三相主電源線由每條電源線中的反并聯(lián)(anti-paralled)晶閘管控制。在相位控制中，每條電源線中的晶閘管開關控制電流流向電機的半波周期比例，稱為導通期。每個半波周期的非導通期(稱為阻斷角或陷波寬度)在每個電機端子的電壓波形中表現(xiàn)為一個凹陷。在非導通期內，沒有電流流向電機端子。為了終止非導通期，連接到電機端子的電源線中的晶閘管開關重新導通。通過晶閘管開關的導通一直持續(xù)到電流在下一半波周期中的某一時刻再次變?yōu)榱悖чl管開關再次開啟。根據(jù)相位控制原理，通過改變非導通期的持續(xù)時間，就可以控制供給AC感應電機的電壓和電流。
至此，在特定的應用中，利用軟啟動器啟動AC感應電機將導致AC感應電機的過度加速和減速。對于由皮帶驅動的負載，扭矩隨速度的快速增加將使皮帶在電機皮帶輪上滑動，嚴重地磨損皮帶。因此高度期望提供一種利用軟啟動器平滑地驅動和停止AC感應電機的方法，避免上述方法的不穩(wěn)定性。
此外，軟啟動器經(jīng)常包括與電源線中的相應晶閘管開關并聯(lián)的旁路接觸器。一旦AC感應電機達到預定轉動速度，旁路接觸器就閉合，使AC感應電機直接通過旁路接觸器連接到AC電源。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于多種原因，一個或多個旁路接觸器可能在AC感應電機工作期間失效。為了在旁路接觸器失效期間維持供給AC感應電機的電壓和電流，每條電源線上的晶閘管開關都周期性地每隔幾秒鐘就觸發(fā)一次。然而，由于旁路接觸器的開路和晶閘管開關的觸發(fā)之間存在著潛在的延時，在開路的旁路接觸器的觸點之間將出現(xiàn)電弧。如眾知的，電弧的幅度隨著斷開旁路接觸器和觸發(fā)晶閘管開關之間的時間持續(xù)期的增加而增加。結果，軟啟動器中使用的旁路接觸器承受的載荷通常是AC感應電機的滿負荷安培(FLA)的四至六倍。利用這么大的旁路接觸器不僅會增加軟啟動器的尺寸，而且還會增加其制作成本。因此，高度期望提供一種根據(jù)相應旁路接觸器的開路而觸發(fā)晶閘管開關的改進方法，以便允許在軟啟動器中使用其載荷基本上與待啟動的AC感應電機的FLA相同的旁路接觸器。
因此，本發(fā)明的首要目的和特點是提供一種控制AC感應電機的啟動、停止及其速度的改進方法。
本發(fā)明的進一步目的和特點是提供一種能夠平滑漸進地對AC感應電機進行加速和減速的控制AC感應電機的方法。
本發(fā)明的進一步目的和特點是提供一種造價低廉的控制AC感應電機的方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種控制三相AC感應電機的方法。感應電機的每一相都通過晶閘管開關和旁路接觸器連接到AC電源，以便為AC感應電機供給電壓和電流。該方法包括順序地觸發(fā)晶閘管開關對以便使AC感應電機全速轉動的步驟。每個晶閘管開關根據(jù)由AC輸入電源提供的零電流而斷開。監(jiān)測AC感應電機的轉動速度，并根據(jù)AC感應電機以預定轉動速度轉動和/或啟動電流降到低于AC感應電機的FLA而閉合旁路接觸器。在閉合旁路接觸器之后，晶閘管開關保持開路，直到在晶閘管開關中的任何一個上檢測到電壓降。一旦檢測到晶閘管開關上的電壓降，就立即觸發(fā)晶閘管開關。
觸發(fā)晶閘管開關對的步驟包括向AC感應電機提供恒電流的步驟或通過順序地觸發(fā)晶閘管開關對增加供給AC感應電機的電流的步驟。
可以設想，監(jiān)測AC感應電機的每一相上的溫度，并根據(jù)AC感應電機的一相上的溫度超過預定溫度而停止AC感應電機。還可以監(jiān)測AC感應電機的熱過載條件，其中AC感應電機將根據(jù)該條件停止。還可以設想監(jiān)測供給AC感應電機的電壓，并根據(jù)AC感應電機任何一相上的電壓低于預定值而停止電機。
感應電機可以根據(jù)用戶的停止命令而停止。停止感應電機的步驟包括斷開旁路接觸器，并在用戶選擇的時間內減小供給感應電機的電流的步驟。此后，晶閘管開關斷開，這樣，感應電機將在負載的作用下停止。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種控制供給AC電機的電壓和電流的方法。AC電機通過并聯(lián)的晶閘管開關和旁路接觸器連接到AC輸入電源。方法包括判定在電機端子上初始出現(xiàn)零電源電壓的步驟和在電機端子上初始出現(xiàn)零電源電壓之后在預定的觸發(fā)角觸發(fā)晶閘管開關的步驟。預定的觸發(fā)角作為初始觸發(fā)角。確定在電機端子上后續(xù)出現(xiàn)的零電源電壓和初始出現(xiàn)的由AC電源到電機端子的零電源電流。電機端子上后續(xù)出現(xiàn)的零電源電壓和初始出現(xiàn)的到電機端子的零電源電流之間的延遲作為初始相位滯后。晶閘管開關根據(jù)零電源電流的初始出現(xiàn)而斷開，此后，在電機端子上后續(xù)出現(xiàn)零電源電壓之后在初始觸發(fā)角再次觸發(fā)晶閘管開關。然后，確定在電機端子上下一個后續(xù)出現(xiàn)的零電源電壓和后續(xù)出現(xiàn)的到電機端子的零電源電流。所述下一個在電機端子上后續(xù)出現(xiàn)的零電源電壓和后續(xù)出現(xiàn)的到電機端子的零電源電流之間的延遲作為新的相位滯后。晶閘管開關根據(jù)后續(xù)的零電源電流重新斷開。根據(jù)初始觸發(fā)角和初始相位滯后與新相位滯后之間的差異計算新觸發(fā)角。然后，晶閘管開關在新觸發(fā)角觸發(fā)。
方法還可以包括監(jiān)測電機的轉動速度，并根據(jù)AC電機以預定轉動速度轉動以及啟動電流低于AC電機的FLA而關閉旁路接觸器的額外步驟。在關閉旁路接觸器之后，晶閘管開關根據(jù)其上的電壓降重新觸發(fā)。
AC電機根據(jù)用戶命令停止。停止電機的步驟包括斷開旁路接觸器，并在用戶選擇的時間內減小供給AC電機的電流的步驟。此后，通過停止觸發(fā)任何晶閘管開關AC而關閉AC感應電機。
控制供給AC電機的電壓和電流的方法還包括提供新觸發(fā)角作為初始觸發(fā)角的步驟，提供新相位滯后作為初始相位滯后的步驟，并返回在電機端子上再次判定后續(xù)出現(xiàn)零電源電壓的步驟的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種通過并聯(lián)的晶閘管開關的旁路接觸器來控制連接到AC輸入電源的AC電機的方法，以便向AC電機提供電壓和電流。當正常工作時，旁路接觸器在AC電機全速運轉時閉合。該方法包括使AC電機全速運轉，并根據(jù)其上的電壓降來觸發(fā)晶閘管開關的步驟。
以全速操作AC電機的步驟包括向AC電機供給電壓和電流，并監(jiān)測AC電機轉動速度的步驟。旁路接觸器根據(jù)AC電機以預定轉動速度轉動而閉合。
為AC電機供給電壓和電流的步驟包括在電機端子上判定初始出現(xiàn)零電源電壓的步驟，和在電機端子上初始出現(xiàn)零電源電壓之后在預定觸發(fā)角觸發(fā)晶閘管開關的步驟。判定在電機端子上零電源電壓的后續(xù)出現(xiàn)和由AC電源供給電機端子的零電源電流的初始出現(xiàn)。電機端子上后續(xù)出現(xiàn)的零電源電壓和初始出現(xiàn)的供給電機端子的零電源電流之間的延遲作為初始相位滯后。晶閘管開關根據(jù)零電源電流的初始出現(xiàn)而斷開，此后晶閘管開關在電機端子上后續(xù)出現(xiàn)零電源電壓之后的初始觸發(fā)角再次觸發(fā)晶閘管開關。然后，判定在電機端子上下一個后續(xù)出現(xiàn)的零電源電壓和后續(xù)出現(xiàn)的供給電機端子的零電源電流。所述在電機端子上下一個后續(xù)出現(xiàn)的零電源電壓和后續(xù)出現(xiàn)的供給電機端子的零電源電流之間的延遲作為新相位滯后。晶閘管開關根據(jù)流過的后續(xù)零電源電流而再次斷開。根據(jù)初始觸發(fā)角和初始相位滯后與新相位滯后之間的差異計算新觸發(fā)角。然后，晶閘管開關在新觸發(fā)角再次觸發(fā)。
該方法還可以包括提供新觸發(fā)角作為初始觸發(fā)角的步驟，將新相位滯后作為初始相位滯后的步驟，返回判定后續(xù)出現(xiàn)的供給AC電機的零電源電壓的步驟的步驟。
還可以設想，該方法包括根據(jù)用戶命令停止AC電機的步驟。停止AC電機的步驟包括斷開旁路接觸器的步驟；向晶閘管開關傳送電流的步驟；在用戶選擇時間內減小供給AC電機的電流的步驟。此后，晶閘管開關斷開，以切斷與AC電機的連接。該方法還包括監(jiān)測AC電機的熱過載條件或由AC電源供給AC電機的電壓的下降的步驟。在這種條件下，停止AC電機。
在此給出的附圖示出本發(fā)明的優(yōu)選結構，其中清楚地公開了上述優(yōu)點和特點以及通過下面對示例性實施方案的描述而易于理解的其它優(yōu)點和特點。


圖1是本發(fā)明電機控制系統(tǒng)的簡圖；圖2a和2b是圖1電機控制系統(tǒng)的軟啟動器的簡圖；圖3是圖2a軟啟動器中的微處理器的計算機可執(zhí)行指令流程圖；圖4是圖3計算機可執(zhí)行指令的初始化子程序流程圖；圖5是計算機的過零電壓子程序流程圖；圖6是圖3計算機可執(zhí)行指令的過載子程序流程圖；圖7是圖3計算機可執(zhí)行指令的主子程序流程圖；圖8是圖7主子程序的正常斜坡啟動(ramp start)子程序流程圖；圖9是圖7主子程序的抽取啟動(pump start)子程序流程圖；圖10是圖7主子程序的恒電流啟動子程序流程圖；圖11是圖7主子程序的旁路子程序流程圖；圖12是圖7主子程序的停止子程序流程圖；圖13和13b是流過圖1反并聯(lián)SCR的電流及其電壓降隨時間變化的圖形表示；圖14是本發(fā)明電機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口模塊的前視正視圖；圖15是圖14數(shù)據(jù)接口模塊的簡圖；圖16是圖15數(shù)據(jù)接口微控制器的計算機可執(zhí)行指令流程圖；圖17是圖16計算機可執(zhí)行指令的主子程序流程圖；圖18是圖14數(shù)據(jù)接口模塊顯示的屏幕簡圖；圖19是圖16計算機可執(zhí)行指令的增加/減少子程序流程圖；圖20是圖16計算機可執(zhí)行指令的啟動子程序流程圖；圖21是圖16計算機可執(zhí)行指令的停止子程序流程圖；圖22是本發(fā)明電機控制系統(tǒng)的接口模塊的前視正視圖；圖23是圖22接口模塊的簡圖；圖24是圖22接口模塊微控制器的計算機可執(zhí)行指令流程圖；圖25是圖24計算機可執(zhí)行指令的主子程序流程圖；圖26是本發(fā)明電機控制系統(tǒng)的按鈕模塊的等比例分解圖；圖27a-27c是圖26按鈕模塊的面板前視正視圖28是圖26按鈕模塊的簡圖；圖29是圖28按鈕模塊微控制器的計算機可執(zhí)行指令流程圖。
參考圖1，本發(fā)明的電機控制系統(tǒng)通常用參考號10表示。電機控制系統(tǒng)10包括主要的電機控制，例如軟啟動器14，圖2a-2b，該軟啟動器將AC感應電機16連接到AC電源18，如下面描述的。如圖1-2所示，軟啟動器14通過總線20連接到網(wǎng)絡。
電機控制系統(tǒng)10包括多個外圍電機控制，例如通過網(wǎng)絡接口24連接到網(wǎng)絡的用戶輸入和顯示單元22。類似地，可編程輸入/輸出模塊26通過網(wǎng)絡接口24連接到網(wǎng)絡。另外，按鈕模塊28通過網(wǎng)絡接口24連接到網(wǎng)絡。可以設想，電機控制系統(tǒng)10包括軟啟動器14以及用戶輸入和顯示模塊22、可編程輸入/輸出模塊26和/或按鈕模塊28的任意組合，這決定于用戶的預定考慮。
必需對軟啟動器14、用戶輸入和顯示模塊22、可編程輸入/輸出模塊26和/或按鈕模塊28之間通過網(wǎng)絡進行的通訊進行管理，以保證各電機控制之間的通訊順暢。因此，必需選擇對通過網(wǎng)絡傳輸?shù)男盘栠M行控制的協(xié)議，以便防止可能的信息包阻塞。協(xié)議可以是串行協(xié)議，這樣每個電機控制都可以通過傳統(tǒng)的通用異步接收機/發(fā)射機連接到網(wǎng)絡，每個信息包或信號都可以串行傳輸。
如常用的，AC感應電機16具有三個繞組。AC感應電機的每個繞組都通過電機端子36、38和40分別連接到相應的來自AC電源18的電源線30、32和34。還提供了反并聯(lián)硅可控整流器(SCR)或晶閘管開關42、44和46。每個晶閘管開關42、44和46包括一對反向連接的SCR，用于控制電壓降和流過的電流，還包括輔助電源線30、32和34，它們分別用于調節(jié)施加到AC交流電機16的電機端子36、38和40上的電流和電壓。或者，可以設想將晶閘管開關42、44和46與Δ環(huán)內的AC感應電機16的相應繞組并聯(lián)。
AC感應電機16的電機端子36、38和40上的端電壓、電源電壓VA、VB和VC、以及線電流IA、IB和IC都是相同的，只是相互之間有120°的相位差。例如，參考圖2b和13a-13b，比較電機端子36上的端電壓VT與AC電源18的線電流IA和電源電壓VA。如眾知的，電源電壓VA的波形是正弦的。當由相位控制進行控制時，除了在較小的持續(xù)時間為γ的非導通時間或凹陷期間，端電壓VT通常與電源電壓VA相同，其中凹陷γ存在于電源電壓VA的每個半波周期。凹陷γ在每次線電流IA下降為零時引入電源電壓VA。線電流IA保持為零直到凹陷γ終止，此時線電流IA繼續(xù)脈動的波形。
電源線電流IA受凹陷γ的持續(xù)時間的控制。在凹陷γ期間，將電機端子36連接到AC電源18的晶閘管開關42以開路電路方式工作，這樣在電機端子36看到的不是正弦電源電壓VA，而是內部電機產生的反向EMF電壓。反向EMF電壓通常等于電源電壓VA減去晶閘管開關42上的電壓降VAD。
如所眾知的，存在各種調節(jié)AC感應電機16到其工作速度的方法。在第一種方法中，線電流IA、IB和IC在一定的時間內持續(xù)增加。為了增加供給AC交流電機16的線電流IA、IB和IC，需要增加晶閘管開關42、44和46的導通期。隨著晶閘管開關42、44和46的導通期在每個半波周期內逐漸增加，在電機端子36、38和40上的電壓波形中的凹陷期γ就縮短了。另外，隨著晶閘管開關42、44和46的導通期的逐漸增加，電機16的轉動速度將加大，電機端子36、38和40上的反向EMF電壓也增加了?？梢栽O想，一旦電機端子36、38和40上的反向EMF電壓超過預定值，AC感應電機將以全速轉動。如果電機電流下降到AC感應電機16的FLA，分別與相應的晶閘管開關42、44和46并聯(lián)的旁路接觸器50、52和54將順序閉合。隨著旁路接觸器50、52和54的閉合，AC感應電機16的電機端子36將直接通過電源線30連接到AC電源18，AC感應電機16的電機端子38將直接通過電源線32連接到AC電源18，AC感應電機16的電機端子40將直接通過電源線34連接到AC電源18。
或者，AC感應電機16可以通過向其提供恒電流而達到工作速度。如所眾知的，線電流IA、IB和IC滯后于電源電壓VA、VB和VC的相角θ由AC感應電機16的功率因子決定。供給AC感應電機16的線電流IA、IB和IC通過維持晶閘管開關42、44和46的導通期而維持，這樣就保持了凹陷γ的持續(xù)期。通過在預定的時間間隔內將供給AC感應電機16的線電流IA、IB和IC維持在預定值，AC感應電機16的功率因子的相角θ將隨著AC感應電機16的加速以及電機端子36、38和40上的反向EMF電壓分別接近電源電壓VA、VB和VC而減小?？梢栽O想，一旦電機端子36、38和40上的反向EMF電壓超過預定值，那么相應的旁路接觸器50、52和54將分別閉合，這樣AC感應電機16的電機端子36將直接通過電源線30連接到AC電源18，AC感應電機16的電機端子38將直接通過電源線32連接到AC電源18，AC感應電機16的電機端子40將直接通過電源線34連接到AC電源18。
在特定的應用中，其中AC感應電機16用于驅動抽取各種粘稠液體的各種類型水泵，為了在電機速度增加時限制AC感應電機16產生的扭矩的變化，通常需要特殊的AC感應電機16斜坡(ramping)。為了在所謂的“抽取啟動”期間，在AC感應電機16加速的過程中保持近似恒定的扭矩，期望保持AC感應電機16的功率因子的相角θ。為了保持AC感應電機16的功率因子的相角θ恒定，根據(jù)用戶為AC感應電機16選擇的初始扭矩輸出T2計算凹陷γ的初始持續(xù)期。可以計算出凹陷γ的中心點和每個電源電壓VA、VB和VC的初始過零電壓之間的相角θ。已知凹陷γ的中心點，以及凹陷將在輔助線電流IA、IB和IC變?yōu)榱銜r出現(xiàn)-換句話說，在負λ/2處，其中λ是新的凹陷寬度-晶閘管開關42、44和46將預選確定的中心點θ之后的λ/2持續(xù)期時觸發(fā)。結果，盡管凹陷λ的寬度發(fā)生變化，但是AC感應電機16的功率因子的相角θ保持恒定。
或者，“抽取啟動”可以通過α控制實現(xiàn)。在α控制中，晶閘管開關42、44和46分別在相應的電機端子36、38和40上出現(xiàn)零電源電壓之后再延時α度之后觸發(fā)。盡管這對于大多數(shù)應用是可以的，但是α控制導致少量電機不穩(wěn)定。
根據(jù)本發(fā)明，為了在加速AC感應電機16的過程中提高穩(wěn)定性，觸發(fā)角α可以按比例隨著相位滯后角φ的變化而變化，其中φ對于每個周期是不同的。(一個完整的周期等于360度)。這樣，后續(xù)觸發(fā)角α的比例變化將按照下述關系式進行αI＝αi-1+P(φI-φi-1) 等式1其中φi是相位滯后；φi-1是前一相位滯后；P是比例增益，通常在0.8和1.2之間；αi是新的觸發(fā)角；αi-1是前一觸發(fā)角。
然后利用積分增益控制觸發(fā)角α的緩慢隨時間變化的平均值。這可以通過向等式1添加額外的積分項實現(xiàn)αI＝αi-1+P(φI-φi-1)+I(αref-αI-1)等式2
其中I是積分增益；αref是期望的觸發(fā)角。
結果，如果連續(xù)觸發(fā)的觸發(fā)角α在電源半波周期中出現(xiàn)得太晚(即αref-αi-1＜0)，那么等式2中的積分項為負。這將逐漸使連續(xù)觸發(fā)角α向前變化到預期位置。如果觸發(fā)角α在半波周期中出現(xiàn)得太早，那么正積分項將通過多次觸發(fā)逐漸使α增加到預期位置。
為了示出在抽取啟動過程中對凹陷γ的影響，等式2可以用連續(xù)凹陷角γ重寫。這可以通過將等式2兩邊同時減去φi實現(xiàn)αI-φI＝αi-1-φI+P(φI-φi-1)+I(αref-αI-1)＝αi-1-φI-1+φI-1+P(φI-φi-1)+I(αref-αI-1)等式3這可以表述為γI＝γI-1+(P-1)ΔφI+I(αref-αi-1) 等式4其中Δφi是連續(xù)電流過零的相位滯后角的變化(φi-φi-1)。
等式4示出為了實現(xiàn)AC感應電機16的平穩(wěn)加速以便避免大的扭矩變化所需的對凹陷γ的調節(jié)。Δφi是連續(xù)電流過零的相位滯后角的變化(φi-φi-1)。為了逐漸增加扭矩，αref在AC感應電機16加速過程中逐漸減小。
再次設想，如果電機端子36、38和40上的反向EMF電壓超過預定值，相應的旁路接觸器50、52和54將分別閉合，這樣，AC感應電機16的電機端子36將直接通過電源線30連接到AC電源18，AC感應電機16的電機端子38將直接通過電源線32連接到AC電源18，AC感應電機16的電機端子40將直接通過電源線34連接到AC電源18。
一旦AC感應電機16處于全速轉動狀態(tài)，且旁路接觸器50、52和54閉合，監(jiān)測旁路接觸器50、52和54，這樣如果一個或多個旁路接觸器斷開，那么就觸發(fā)相應的晶閘管開關42、44或46，保證AC感應電機16通過相應的電源線30、32或34連接到AC電源18。
為了使軟啟動器14能按照前述方式工作，微處理器48將執(zhí)行一些包含在計算機可執(zhí)行指令60中的預定功能，見圖3。應當理解，盡管這些功能是以軟件實現(xiàn)的方式進行描述的，可以設想這些功能也可以用分立固態(tài)硬件以及固態(tài)硬件和軟件的組合實現(xiàn)。
參考圖2a，微處理器48通過收發(fā)機63連接到網(wǎng)絡。收發(fā)機63包括來自微處理器48的第一和第二輸入Txen和Tx，并具有一個到微處理器48的輸出Rx。收發(fā)機63允許微處理器48通過網(wǎng)絡向電機控制系統(tǒng)10的其它電機控制發(fā)送和接收信號?？梢栽O想，收發(fā)機63是一種通用異步接收機/發(fā)射機，例如標準RS485收發(fā)機。
微處理器48具有多個與上述所選參數(shù)對應的輸入信號。這些輸入包括電源電壓VA、VB和VC和輔助線電流IA、IB和IC。晶閘管開關42、44和46上的電壓降VAD、VBD和VCD分別輸入到微處理器48。另外，電源線30、32和34的總線溫度TA、TB和TC分別輸入到微處理器48。輸入到微處理器48的電壓送到分壓器64，以便將提供的輸入信號幅度減小到可以接受的不會損壞微處理器48的輸入范圍內。線電流信號和溫度讀數(shù)送到濾波器65，以便確保微處理器48準確地讀取，消除其中的噪聲。
微處理器48還包括多個可編程輸入68a-68e和多個輸出70a-70b。例如，輸入68a連接到選擇設備(未示出)，激活選擇設備將使AC感應電機啟動。輸入68b和68c連接到相應的選擇設備(未示出)，激活選擇設備將使AC感應電機16啟動和停止，如下所述。輸出70a和70b可以連接到指示設備(未示出)，以便指示AC感應電機16的故障或指示AC感應電機16將要全速轉動。
參考圖3，在啟動微處理器48的過程中，為了使微處理器48執(zhí)行計算機可執(zhí)行指令60，微處理器48在方框74進行引導，在方框76進行初始化。參考圖4，在初始化過程中，微處理器48在方框77裝載對應于AC感應電機16的軟件參數(shù)和從網(wǎng)絡上的其它電機控制接收的參數(shù)，如以下所述。，監(jiān)測電源線30、32、34上的電源電壓VA、VB和VC，以便判斷電源線30、32或34是否錯誤地連接到AC感應電機16上，這樣會使相位順序反轉，方框78。如果相位順序沒有反轉，就結束初始化過程。類似地，如果在方框80相位順序反轉，但在方框82相位順序的監(jiān)測失效，也結束微處理器48的初始化過程。然而，如果相位監(jiān)測有效，微處理器48將終止AC感應電機16的啟動，并在方框84啟動輸出70a上的指示器，如上所述。
參考圖3，在方框76完成初始化之后，在方框86微處理器48執(zhí)行過零電壓過程。參考圖5，微處理器48確定電源電壓VC的初始電壓過零，方框88。此后，測量VC的持續(xù)期，方框90。根據(jù)測量到的持續(xù)期，預測電源電壓VC的持續(xù)期，方框92。監(jiān)測實際的持續(xù)期，以便判定電源電壓VC的實際持續(xù)期和預測持續(xù)期之間的任何差異，方框94。電源電壓VC的的實際過零點與電源電壓VC的預測過零點進行比較，方框94，確定電源電壓VC的實際電壓過零點和預測電壓過零點之間的差異。此后，根據(jù)先前確定的差異調節(jié)電源電壓VC的持續(xù)期值，方框96。給定電源電壓VC的持續(xù)期的調節(jié)值，就可以預測電源電壓VC的下一個電壓過零點，整個過程重復進行。電源電壓VC的預測持續(xù)期用于計算電源電壓VA和VB的持續(xù)期，其又用于判定觸發(fā)晶閘管開關42、44和46的正確觸發(fā)角。VA和VB的持續(xù)期是通過分別從VC的持續(xù)期上加上和減去120度計算出來的。
如圖3所示，根據(jù)其輸入，微處理器48判定在AC感應電機16上是否出現(xiàn)過載條件，方框98。參考圖6，微處理器48判定AC感應電機16上是否出現(xiàn)阻塞條件，方框100。如果在全速轉動條件下，線電流IA、IB和IC之和超過預定值一段預定的時間持續(xù)期，那么在AC感應電機16上就出現(xiàn)阻塞條件。如果檢測到阻塞條件，微處理器48就停止AC感應電機16，如下所述。
另外，微處理器48判定AC感應電機16是否已經(jīng)失速，方框102。如果在AC感應電機16加速時線電流IA、IB和IC之和超過預定值一段預定的時間持續(xù)期，就出現(xiàn)失速條件。如果在AC感應電機16加速的過程中出現(xiàn)失速條件，微處理器48就停止AC感應電機16，如下所述。
微處理器48監(jiān)測電源線30、32和34的總線溫度TA、TB和TC，方框104，這樣，如果總線溫度TA、TB和TC超過預定值一段預定的時間持續(xù)期，微處理器48就停止AC感應電機16，如下所述。
微處理器48還監(jiān)測AC感應電機16的熱過載條件，方框106。如果單根電源線30、32或34上的電源電壓或線電流的RMS值超過預定值一段預定的時間持續(xù)期，就發(fā)生熱過載。如果微處理器48在AC感應電機上檢測到熱過載條件，微處理器48就停止AC感應電機16，如下所述。
在過載子程序中，微處理器48還監(jiān)測在電源線30、32或34上是否出現(xiàn)相位失衡，方框108。為了判定是否出現(xiàn)相位失衡，將電源電壓VA、VB和VC的RMS值與預定值進行比較，這樣電源電壓VA、VB和VC下降到低于正常RMS線電壓預定的百分比將使微處理器48判定相位失衡。如果微處理器48檢測到相位失衡，那么就停止AC感應電機16，如下所述。
微處理器48還判定電源電壓VA、VB和VC的RMS電壓是否低于預定RMS線電壓，例如，低于正常RMS線電壓的50％，方框110。如果電源電壓VA、VB和VC的RMS電壓在預定時間內低于預定的RMS線電壓，就發(fā)生失相。如果微處理器48檢測到失相，微處理器48就停止AC感應電機16，如下所述。
見圖6，微處理器48在軟啟動器14工作過程中連續(xù)監(jiān)測電機16的過載條件。如果在AC感應電機16上出現(xiàn)過載條件，如上所述，微處理器48就通過輸出70a為用戶提供信號，還可以通過網(wǎng)絡向其它電機控制提供信號，如下所述。
見圖3，微處理器48重復更新模擬測量值或到微處理器48的輸入，方框112。利用這些輸入，微處理器48在計算機可執(zhí)行指令60的主程序中啟動、停止和控制AC感應電機16。
參考圖7和22，為了啟動AC感應電機16，為其提供初始電壓，以便克服AC感應電機16的轉動慣量。為了“反沖(kick)啟動”AC感應電機16，方框116，用戶選擇施加電壓的時間t1和AC感應電機16產生的扭矩T1。根據(jù)用戶為反沖啟動選擇的時間t1和扭矩T1，微處理器48計算相應的凹陷寬度γ，以便AC感應電機16可以基本上在整個預定時間持續(xù)期t1內提供用戶所選的扭矩T1。如果用戶不期望用反沖啟動啟動AC感應電機16，用戶就將反沖啟動的用戶選擇時間t1設定為零。完成反沖啟動之后，方框116，微處理器48調節(jié)凹陷寬度γ，以便響應用戶選擇的啟動扭矩T2，方框118。此后，微處理器48根據(jù)用戶選擇的方法啟動AC感應電機16，以便使AC感應電機全速轉動。用戶選擇以正常斜坡啟動，方框120，抽取啟動，方框122，或恒電流啟動，方框124，來啟動AC感應電機16。
在正常斜坡啟動期間，方框120，通過在用戶選擇的時間持續(xù)期t2內逐漸增加線電流IA、IB和IC，使AC感應電機16全速轉動。根據(jù)用戶選擇的初始扭矩設定T2，微處理器48計算AC感應電機16產生這種扭矩所需的初始線電流IA、IB和IC。初始線電流IA、IB和IC對應于凹陷γ的初始寬度。微處理器48產生分別觸發(fā)晶閘管開關42、44和46的觸發(fā)信號SA、SB和SC，在適當?shù)臅r間產生凹陷γ。通過分別縮短在電機端子36、38和40看到的端子電壓的凹陷γ持續(xù)期，來分別逐漸增大晶閘管開關42、44和46的導通期，線電流IA、IB和IC線性上升。
成對地觸發(fā)晶閘管開關42、44和46，以便為線電流流進和流出AC感應電機16提供通路。此后，監(jiān)測反向EMF電壓，方框132，如上所述，以便判定AC感應電機16是否全速轉動。如果AC感應電機16沒有全速轉動，方框134，且沒有超過用戶選擇的斜坡時間，方框136，微處理器48計算晶閘管開關42、44和46的下一觸發(fā)角α，以便進一步減小凹陷γ的持續(xù)期，并相應地觸發(fā)晶閘管開關42、44和46，如上所述。如果已經(jīng)超過斜坡時間t2，且AC感應電機16沒有全速轉動，就停止AC感應電機16，如下所述。
如果AC感應電機在用戶選擇的斜坡時間t2內到達全速轉動，微處理器48在方框138迅速地縮短凹陷γ的持續(xù)期，同時在方框140監(jiān)測線電流IA、IB和IC。如果線電流IA、IB和IC低于AC感應電機16的滿負荷安培值，微處理器48就產生輸出信號BA、BB和BC，以便分別關閉旁路接觸器50、52和54，方框142。通過關閉旁路接觸器50、52和54，執(zhí)行旁路子程序，方框144。
或者，AC感應電機16以“抽取啟動”方式啟動，方框122。參考圖9，在抽取啟動過程中，方框122，隨著電機在用戶選擇時間t2的持續(xù)期內逐漸加速到全速轉動，AC感應電機16產生相對恒定的或逐漸增加的扭矩。根據(jù)用戶選擇的初始扭矩設定T2，微處理器48計算AC感應電機16產生這種扭矩所需的初始線電流IA、IB和IC。初始線電流IA、IB和IC對應于凹陷γ的初始寬度。微處理器48產生分別觸發(fā)晶閘管開關42、44和46的觸發(fā)信號SA、SB和SC，在適當?shù)臅r間產生凹陷γ。晶閘管開關42、44和46的觸發(fā)角α的計算如上所述，由微處理器48進行，以便維持AC感應電機16產生的扭矩，方框146。
如上所述，晶閘管開關42、44和46必需成對地觸發(fā)，方框148，以便為線電流流入和流出AC感應電機16提供通路。此后，監(jiān)測反向EMF電壓，方框150，如上所述，以便判定AC感應電機16是否全速轉動。如果AC感應電機16沒有全速轉動，方框152，且沒有超過用戶選擇的斜坡時間t2，方框153，微處理器48就計算晶閘管開關42、44和46的下一觸發(fā)角α，如上所述，方框146，以便維持AC感應電機16產生的扭矩，過程重復進行。如果超過斜坡時間t2，且AC感應電機16沒有處于工作轉速，就停止AC感應電機16，方框137，如下所述。
如果AC感應電機16在用戶選擇的斜坡時間t2內達到全速轉動，微處理器48就迅速地縮短凹陷γ的持續(xù)期，方框154，同時監(jiān)測線電流IA、IB和IC，方框156。如果線電流IA、IB和IC低于AC感應電機16的滿負荷安培值，微處理器48就分別產生輸出信號BA、BB和BC，以便閉合旁路接觸器50、52和54，方框158。通過閉合旁路接觸器50、52和54，執(zhí)行旁路子程序，方框144。
用戶可以選擇通過向其供給恒電流來啟動AC感應電機16，方框124。參考圖10，在恒電流啟動過程中，方框124，向AC感應電機16供給基本恒定的電流，以便在用戶選擇時間t2的持續(xù)期內將AC感應電機16加速到全速轉動。根據(jù)用戶選擇的初始扭矩設定T2，微處理器48計算初始線電流IA、IB和IC。為了維持供給AC感應電機16的恒定線電流IA、IB和IC，必需維持晶閘管開關42、44和46的導通期，也就是凹陷γ的持續(xù)期。如上所述，線電流IA、IB和IC對應于凹陷γ的寬度。結果，微處理器48計算維持凹陷γ的持續(xù)期的觸發(fā)角α，方框160，并產生分別觸發(fā)晶閘管開關42、44和46的觸發(fā)信號SA、SB和SC，在適當?shù)臅r間產生凹陷γ，方框162。
如上所述，晶閘管開關42、44和46必需成對觸發(fā)，以便為線電流流入和流出AC感應電機16提供通路。此后，監(jiān)測反向EMF電壓，方框164，如上所述，以便判定AC感應電機16是否全速轉動。如果AC感應電機16沒有全速轉動，方框166，且沒有超過用戶選擇的斜坡時間t2，方框168，微處理器48就計算晶閘管開關42、44和46的下一觸發(fā)角α，如上所述，方框160，以便維持供給AC感應電機16的電流，過程重復進行。如果超過斜坡時間t2，且AC感應電機16沒有全速轉動，就停止AC感應電機16，方框137，如下所述。
如果AC感應電機16在用戶選擇的斜坡時間t2內達到全速轉動，微處理器48就迅速地縮短凹陷γ的持續(xù)期，方框170，同時監(jiān)測線電流IA、IB和IC，方框172。如果線電流IA、IB和IC低于AC感應電機16的滿負荷安培值，微處理器48就產生分別閉合旁路接觸器50、52和54的輸出信號BA、BB和BC，方框174。通過閉合旁路接觸器50、52和54，執(zhí)行旁路子程序，方框144。
參考圖11，在旁路過程中，微處理器48監(jiān)測反向EMF電壓，方框176。如果分別在晶閘管開關42、44和46上檢測到電壓降VAD、VBC或VCD，則分別使接觸器50、52或54開路，方框180。一旦檢測到電壓降，微處理器48就根據(jù)開路的旁路接觸器50、52或54，發(fā)送分別觸發(fā)晶閘管開關42、44和/或46的信號SA、SB和SC，方框182。此后，微處理器分別向相應的開路旁路接觸器50、52或54發(fā)送信號BA、BB和BC，試圖再次閉合開路的旁路接觸器，方框184。如果開路的旁路接觸器50、52或54閉合，方框186，AC感應電機16就繼續(xù)全速轉動，微處理器48繼續(xù)監(jiān)測反向EMF電壓，方框176，以便嘗試著判定是否有一個旁路接觸器開路。
在開路的旁路接觸器沒有閉合，且沒有超過預定時間持續(xù)期的情況下，方框188，微處理器48根據(jù)開路的旁路接觸器50、52或54持續(xù)地觸發(fā)晶閘管開關42、44或46，以試圖使其閉合。如果開路的旁路接觸器50、52或54不能在預定的時間持續(xù)期內閉合，就停止AC感應電機16，方框137。
參考圖12，為了根據(jù)用戶命令或預定條件，如上所述，停止AC感應電機16，微處理器48通過分別檢測晶閘管開關42、44和46上是否存在電壓降VAD、VBD或VCD來初始地判定旁路接觸器50、52和54是否閉合。如果旁路接觸器50、52和54閉合，微處理器48就發(fā)送分別使旁路接觸器50、52和54開路的信號BA、BB和BC，方框192，這樣一旦旁路接觸器50、52和54開路，微處理器48就能立刻檢測到電壓降VAD、VBD和VCD。此后，微處理器48立刻發(fā)送分別觸發(fā)晶閘管開關42、44和46的信號SA、SB和SC。一旦旁路接觸器50、52和54開路，AC感應電機16就通過在用戶選擇時間t3的持續(xù)期內在電源電壓VA、VB和VC中增加凹陷γ來逐漸降低AC感應電機16的轉速。在經(jīng)過用戶選擇時間t3的持續(xù)期之后，所有的晶閘管開關42、44和46都開路，方框196，這樣沒有任何電流或電壓供給AC感應電機16。此后，AC感應電機16在負載的作用下停止。在用戶不希望逐漸停止AC感應電機16的情況下，就通過將用戶選擇時間t3的持續(xù)期設定為零，來消除通過觸發(fā)晶閘管開關42、44和46來逐漸在電源電壓VA、VB和VC中增加凹陷γ的步驟。
再參考圖3，可以設想，AC感應電機16的微處理器48與連接到網(wǎng)絡的其它電機控制通訊，以便為某些原因而發(fā)送和接收信息包，如下所述。微處理器48周期性地通過收發(fā)機63向網(wǎng)絡發(fā)送輸出信號TXEN和TX，并通過收發(fā)機63從連接到網(wǎng)絡的其它電機控制接收輸入信號RX，方框198。
參考圖14-15，用戶輸入和顯示單元22包括連接到LCD顯示器210的微控制器200?？梢栽O想，LCD顯示器210是標準的四行乘十字符的顯示器。用戶輸入和顯示單元22還包括連接到微控制器200的串行EEPROM212，和通過用參考號214表示的多個用戶輸入設備。在優(yōu)選實施方案中，見圖16，用戶輸入設備214包括軸角編碼器216和四個按鈕開關218-221。
微控制器200通過收發(fā)機222連接到網(wǎng)絡?？梢栽O想，收發(fā)機222是通用異步接收機/發(fā)射機，例如允許微控制器200發(fā)送和接收信息包的標準RS485收發(fā)機。
參考圖16，給出了存儲在微控制器200中的可執(zhí)行指令流程圖。在開始處，方框224，微控制器200初始化與其連接的各項，開始搜索過程，方框228，以便將其標識發(fā)送給連接到網(wǎng)絡的其它電機控制，并搜索連接到網(wǎng)絡的其它電機控制。微控制器200通過收發(fā)機222向網(wǎng)絡發(fā)出搜索信號，并等待其它電機控制的回答。此后，微控制器200一直等待到搜索成功為止，方框230。如果搜索沒有成功，則重復該過程。然而，如果搜索成功，微控制器200就向電機控制系統(tǒng)10的主要的同類電機驅動器，例如自啟動器14，請求參數(shù)結構。參數(shù)結構是定義單個電機驅動參數(shù)的軟件使用的信息列表。
如果參數(shù)結構信息與主要的同類電機驅動器(軟啟動器14)的預編程數(shù)據(jù)庫不相符，就終止微控制器200上的可執(zhí)行指令，因為沒有匹配的數(shù)據(jù)庫，方框232。然而，如果數(shù)據(jù)庫匹配，那么就通過微控制器200下載參數(shù)結構信息，方框234，并保存在串行EEPROM212中。一旦成功地下載參數(shù)結構信息，還要下載與這些參數(shù)有關的數(shù)據(jù)值，方框236，并保存在RAM中。在完成這些步驟之后，微控制器200的可執(zhí)行指令就指向主程序。
參考圖19，在主子程序中，方框238，微控制器200掃描輸入設備(軸角編碼器216和按鈕218-221)，以便判定是否發(fā)生了任何用戶操作，方框240。如果檢測到變化，方框242，微控制器200就執(zhí)行與每個輸入設備相關的微控制器可執(zhí)行指令，圖17-21。
輸入/菜單子程序，方框243，通過用戶按下“輸入/菜單”按鈕219進行初始化。參考圖17-18，按下“輸入/菜單”按鈕219，將在主菜單屏幕246和參數(shù)屏幕248之間切換LCD顯示器210上的顯示。在啟動之后，就一直顯示主菜單屏幕246，直到按下輸入/菜單按鈕219。在主菜單屏幕中，顯示了三個參數(shù)250a、250b和250c。箭頭252指向中間的顯示參數(shù)250b。主菜單屏幕的右下角顯示字符“輸入”，而屏幕的左下角顯示AC感應電機16的方向?？梢栽O想，通過轉動軸角編碼器216，微控制器200將執(zhí)行增加/減少子程序，方框251。在增加/減少子程序中，圖19，如果LCD顯示主菜單屏幕，方框265，轉動軸角編碼器216，主菜單屏幕246將滾動顯示存儲在串行EEPROM212中的參數(shù)列表，方框267。
按下輸入/菜單按鈕219，LCD顯示器210將觸發(fā)與箭頭252指示的參數(shù)250b對應的參數(shù)屏幕。在參數(shù)屏幕248中，LCD顯示器210的頂線260顯示與參數(shù)248的現(xiàn)有值對應的水平條圖形。第二條線262顯示存儲在RAM中的數(shù)據(jù)值和所選參數(shù)250b的相應刻度標記。第三條線顯示所選參數(shù)250b的名稱。第四條線264仍就在LCD顯示器210的左下角顯示電機方向，但右下角將讀為“主屏幕”，因為輸入/菜單219的新功能是將LCD顯示器210返回主菜單屏幕246。
參數(shù)屏幕248的第二條線262上示出的參數(shù)數(shù)據(jù)值可以是兩種類型，“可改變”或“計量”數(shù)據(jù)值。如果LCD顯示器正在顯示參數(shù)屏幕248，方框265，轉動軸角編碼器216，用戶只有在數(shù)據(jù)值是“可改變”值時才可以修改顯示數(shù)據(jù)值的計量值，方框269。如果數(shù)據(jù)值不是“可改變”值，那么轉動軸角編碼器216將沒有作用。如果用戶改變了數(shù)據(jù)值，方框271，在按下輸入/菜單按鈕219而返回主菜單屏幕246時，微控制器200將向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送用戶調節(jié)的數(shù)據(jù)值。此后，微控制器200返回主程序，方框273。
另外，一旦按下輸入/菜單按鈕219從主菜單屏幕246中選擇了參數(shù)250b，微控制器200就通過收發(fā)機222經(jīng)網(wǎng)絡向主要的同類電機控制——自啟動器14的微處理器48為所選參數(shù)250b的現(xiàn)有值發(fā)送請求，該值由微處理器48送回。
可以設想，開始按鈕220與電機方向按鈕218一起工作。用戶按下電機方向按鈕218將使LCD顯示器210的左下角在AC感應電機16的一系列預定方向設定，例如正向、反向、正向-慢速、反向-慢速之間循環(huán)，方框266。參考圖20，當方向設定為正向或反向模式時，按下啟動按鈕220將使微控制器200進入啟動子程序，方框268，并向主要電機控制，自啟動器14，發(fā)送控制信號，以便啟動或停止AC感應電機16，方框270，如上所述。當方向是正向-慢速或反向-慢速方向設定時，方框272，微控制器200就在放開啟動按鈕220時通過網(wǎng)絡向主要電機控制，自啟動器14，發(fā)送控制信號，放開276，以便按照用戶選擇的方向慢速啟動AC感應電機16。此后，啟動子程序結束，方框275。
參考圖21，一旦按下停止按鈕221，微控制器200就進入停止子程序，方框276，并立即向主要電機控制，軟啟動器14發(fā)送停止命令，方框278，以便停止AC感應電機16。一旦放開停止按鈕220，方框279，微控制器200就向主要電機控制，軟啟動器14發(fā)送停止按鈕放開命令，方框281。停止按鈕放開命令將阻止軟啟動器14再次啟動，直到放開停止按鈕221，無論微處理器48在輸入68b上是否收到啟動命令，或從網(wǎng)絡上的其它電機控制是否收到啟動命令。此后，終止停止子程序，放開283。
參考圖17，在完成上述子程序后，微控制器更新LCD顯示器210，方框285，并返回掃描輸入設備的步驟。
參考22-24，電機控制系統(tǒng)10包括具有通過收發(fā)機282連接到網(wǎng)絡的微控制器280的可編程輸入/輸出模塊26?？梢栽O想，收發(fā)機282是通用異步接收機/發(fā)射機，例如標準RS485收發(fā)機。收發(fā)機282允許微控制器280通過網(wǎng)絡向其它電機控制發(fā)送和接收信號?？删幊梯斎?輸出模塊26還包括多個通常用參考號284表示的用戶輸入/輸出設備，和多個用參考號286表示的、也連接到微控制器280的LED。
見圖22，多個用戶輸入/輸出設備包括在第一阻塞開啟位置和第二斷開位置之間移動的第一跳線(dip)開關290。在阻塞開啟位置，微控制器280通過網(wǎng)絡向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送控制信號，該信號指示微處理器48監(jiān)測AC感應電機16上是否出現(xiàn)阻塞條件，如上所述。如果跳線開關290處于斷開位置，微控制器280就向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送控制信號，指示微處理器48關閉微處理器48對在AC感應電機16上可能出現(xiàn)的阻塞條件的監(jiān)測。如果跳線開關290處于阻塞開啟位置，并且軟啟動器14的微處理器48在AC感應電機16上檢測到阻塞條件，軟啟動器14的微處理器48就通過網(wǎng)絡向可編程輸入/輸出模塊26的微控制器280發(fā)送報警信號，這樣可編程輸入/輸出模塊26的微控制器280就接通并點亮LED292。
第二跳線開關294在第一失速開啟位置和第二斷開位置之間移動。在失速開啟位置，微控制器280通過網(wǎng)絡向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送控制信號，該信號指示微處理器48監(jiān)測AC感應電機16上是否出現(xiàn)失速條件，如上所述。如果跳線開關294處于斷開位置，微控制器280就向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送控制信號，指示微處理器48關閉微處理器48對在AC感應電機16上可能出現(xiàn)的失速條件的監(jiān)測。如果跳線開關294處于失速開啟位置，并且軟啟動器14的微處理器48在AC感應電機16上檢測到失速條件，軟啟動器14的微處理器48就通過網(wǎng)絡向可編程輸入/輸出模塊26的微控制器280發(fā)送報警信號，這樣可編程輸入/輸出模塊26的微控制器280就接通并點亮LED296。
第三跳線開關298在第一反相開啟位置和第二斷開位置之間移動。在反相開啟位置，微控制器280通過網(wǎng)絡向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送控制信號，該信號指示微處理器48監(jiān)測AC感應電機16上的相位是否顛倒，如上所述。如果跳線開關298處于斷開位置，微控制器280就向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送控制信號，指示微處理器48關閉微處理器48對在AC感應電機16上可能出現(xiàn)的反相的監(jiān)測。如果跳線開關298處于反相開啟位置，并且軟啟動器14的微處理器48在AC感應電機16上檢測到反相條件，軟啟動器14的微處理器48就通過網(wǎng)絡向可編程輸入/輸出模塊26的微控制器280發(fā)送報警信號，這樣可編程輸入/輸出模塊26的微控制器280就接通并點亮LED300。
跳線開關302在第一手動復位位置和第二自動復位位置之間移動。在手動復位位置，微控制器280向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送指令信號，指示微處理器48不要試圖在AC感應電機16由于過載或故障而停止之后重新啟動AC感應電機16，如上所述。跳線開關302處于自動復位位置，微控制器280向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送指令信號，這樣軟啟動器14就自動地試圖在判定AC感應電機16出現(xiàn)過載或故障之后的預定持續(xù)期之后重新啟動AC感應電機16。
跳線開關304在第一正常啟動位置和第二抽取啟動位置之間移動。跳線開關304處于正常啟動位置，微控制器280向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送指令信號，一接收到啟動命令就對AC感應電機16執(zhí)行正常斜坡啟動，方框120，如上所述。跳線開關304處于抽取啟動位置，微控制器280向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送指令信號，一接收到啟動命令就對AC感應電機16執(zhí)行抽取啟動，方框122，如上所述。
跳線開關306在第一斜坡啟動位置和第二限電流啟動位置之間移動。跳線開關306處于斜坡啟動位置，微控制器280通過網(wǎng)絡向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送指令信號，使微處理器48根據(jù)接收到的啟動命令對AC感應電機16執(zhí)行正常斜坡啟動，方框120，或抽取啟動，方框122。跳線開關306處于限電流啟動位置，微控制器280向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送指令信號，根據(jù)啟動命令對AC感應電機16執(zhí)行恒電流啟動，方框124，如上所述。
可編程輸入/輸出模塊26還包括多個在電機16的啟動過程中調節(jié)各種時間持續(xù)期和扭矩值的電位計。電位計320允許用戶為通過軟啟動器14進行的AC感應電機16的反沖啟動設定時間持續(xù)期t1。通過轉動電位計320，電位計320上的電壓降將發(fā)生變化，這樣電壓降的幅度將對應于用于AC感應電機16的反沖啟動的預定時間持續(xù)期t1。例如，電位計320可以在表示軟啟動器14不執(zhí)行AC感應電機16的反沖啟動的t1值零秒(0)和兩秒(2)之間轉動。根據(jù)電位計320的設定及其上的電壓降，微控制器280向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送指令信號，以選定的時間持續(xù)期t1執(zhí)行反沖啟動，如上所述。
電位計322允許用戶為通過軟啟動器14進行的AC感應電機16的反沖啟動設定最大扭矩值T1。通過轉動電位計322，電位計322上的電壓降將發(fā)生變化，這樣電壓降的幅度將對應于用于AC感應電機16的反沖啟動的用戶所選最大扭矩T1。例如，電位計322可以在與表示軟啟動器14不執(zhí)行AC感應電機16的反沖啟動的零扭矩(0)對應的第一值和AC感應電機的足額直接在線啟動扭矩的90％之間轉動。根據(jù)電位計322的設定及其上的電壓降，微控制器280通過網(wǎng)絡向微處理器48發(fā)送指令信號，執(zhí)行將AC感應電機16產生的扭矩斜坡到用戶選擇值T1的反沖啟動。
電位計324允許用戶為軟啟動器14設定將AC感應電機16斜坡到全速轉動的時間持續(xù)期t2。通過轉動電位計324，電位計324上的電壓降將發(fā)生變化，這樣電壓降的幅度將對應于用于將AC感應電機16由初始用戶選擇的扭矩值T2斜坡到與AC感應電機16在滿電壓下轉動對應的扭矩值的用戶選擇時間持續(xù)期t2。例如，電位計324在與0.5秒斜坡時間對應的值和與180秒斜坡時間對應的值之間轉動。根據(jù)電位計324的設定及其上的電壓降，微控制器280向微處理器48發(fā)送指令信號，告訴微處理器48為了使AC感應電機16達到全速轉動所需的用戶選擇的時間持續(xù)期t2。
電位計326允許用戶在AC感應電機16反沖啟動之后設定初始扭矩值T2。通過轉動電位計326，電位計326上的電壓降將發(fā)生變化，這樣電壓降的幅度將對應于在反沖啟動之后由AC感應電機16產生的預定初始扭矩T2。例如，電位計326在與電機16在反沖啟動之后不產生扭矩的零扭矩(0)對應的值和與在滿電源電壓下轉動AC感應電機16所產生的扭矩值的100％的初始扭矩對應的值之間轉動。根據(jù)電位計326的設定及其上的電壓降，微控制器280向微處理器48發(fā)送指令信號，使初始扭矩等于用戶選擇的初始扭矩T2。
電位計328允許用戶為了在停止AC感應電機16的過程中逐漸增加凹陷γ的持續(xù)期而設定時間持續(xù)期t3，如上所述。通過轉動電位計328，電位計328上的電壓降將發(fā)生變化，這樣電壓降的幅度將對應于為逐漸停止AC感應電機16而設定的用戶選擇時間持續(xù)期t3。例如，電位計328在與電機16不是逐漸停止的零秒(0)對應的值和與60秒對應的值之間轉動。根據(jù)電位計328的用戶選擇設定及其上的電壓降，微控制器280向微處理器48發(fā)送指令信號，使AC感應電機16在斷開旁路接觸器50、52和54之后、在斷開晶閘管開關42、44和46之前的時間持續(xù)期t3內以上述方式逐漸停止。
電位計330允許用戶通知微處理器48 AC感應電機16的滿負荷安培額定值。通過轉動電位計330，其上的電壓降將發(fā)生變化，這樣電壓降的幅度將對應于AC感應電機16的預定滿負荷安培額定值。根據(jù)電位計320的設定及其上的電壓降，微控制器280向微處理器48發(fā)送指令信號，通知微處理器48 AC感應電機16的滿負荷安培額定值。
可編程輸入/輸出模塊26還包括第一和第二斷開保護類別跳線開關332和334。每個斷開保護類別跳線開關332和334都可以在第一和第二位置之間移動。斷開保護類別跳線開關332和334的位置組合允許用戶為微處理器48設定斷開保護類別，異步監(jiān)測AC感應電機16上的熱過載。根據(jù)斷開保護類別開關332和334的設定的組合，微控制器280向微處理器48發(fā)送指令信號，該信號在判定AC感應電機16上是否出現(xiàn)熱過載時用于向微處理器48指示期望的斷開保護類別?？删幊梯斎?輸出模塊26還包括通知用戶在AC感應電機16上出現(xiàn)熱過載條件的LED336。根據(jù)AC感應電機16上的熱過載條件，微處理器48向微控制器280發(fā)送指令信號，通知微控制器280熱過載條件。由此，微控制器280接通LED336，以便通知用戶。
可編程輸入/輸出模塊26還包括熱過載LED337。如上所述，微處理器48還監(jiān)測AC感應電機16上的熱過載條件，方框106。如果微處理器48在AC感應電機16上檢測到熱過載條件，軟啟動器14的微處理器48就通過網(wǎng)絡向可編程輸入/輸出模塊26的微控制器280發(fā)送報警信號，這樣可編程輸入/輸出模塊26的微控制器280就接通并點亮熱過載LED337。
參考圖24，提供了存儲在微控制器280中的用戶可執(zhí)行指令流程圖。在開始處，方框340，初始化微控制器280，方框342。此后，微控制器280開始搜索過程，方框344，以便向與網(wǎng)絡相連的其它電機控制發(fā)送其標識，并搜索連接到網(wǎng)絡的其它電機控制。微控制器280通過收發(fā)機282在網(wǎng)絡上發(fā)送搜索信號，并等待其它電機控制的回答，方框346。如果搜索沒有成功，就重復該過程。然而，如果搜索成功，微控制器280就執(zhí)行其計算機可執(zhí)行指令的主子程序，方框347。
參考圖25，給出了存儲在微控制器280中的計算機可執(zhí)行指令的主子程序流程圖。在主子程序中，方框347，微控制器280掃描跳線開關，方框348，并根據(jù)來自軟啟動器14的微處理器48的指示或報警信號更新阻塞LED292、失速LED296、反相LED300、過載LED336和熱過載LED337，方框350。如果微控制器280通過網(wǎng)絡接收到來自軟啟動器14的微處理器48的數(shù)據(jù)請求，方框352，微控制器280就處理來自微處理器48的請求，方框354，掃描電位計，方框356，并將關于電位計和跳線開關位置的的請求信息發(fā)送給軟啟動器14的微控制器48，如上所述。
參考圖26，按鈕模塊28包括支撐多個跳線開關362a-h和多個按鈕開關364a-f的殼體360。蓋層366覆蓋在殼體360的上表面368上。蓋層366包括六個分別覆蓋并對應按鈕開關364a-f的按鈕部分370a-f。
參考圖28，按鈕364a-f和跳線開關362a-h一般用參考號372表示。輸入設備372連接到微控制器374，微控制器依次地通過收發(fā)機376連接到網(wǎng)絡?？梢栽O想，收發(fā)機376是通用異步接收機/發(fā)射機，例如標準RS485收發(fā)機。見圖27a-c和28，可以將多個LED378a-f連接到微控制器374，一般指示各種電機參數(shù)的狀態(tài)，如下所述。LED378a-f分別對應于按鈕364a-f，并且就是按鈕附加的位置。
可以設想，跳線開關362a-h的設定的每一種組合都對應于一種唯一的分配按鈕364a-f和LED378a-f的組合。這樣，通過調節(jié)跳線開關362a-h的設定，微控制器374就可以根據(jù)按下的按鈕364a-f向電機控制系統(tǒng)10的其它電機控制發(fā)送不同的預編程指令信號，并將根據(jù)從電機控制系統(tǒng)10的其它電機控制的某一個接收到的命令接通不同的LED378a-f。例如，提供蓋層366a-c。每個蓋層對應于跳線開關362a-h的不同設定，因此對應于按鈕364a-f和LED378-f的不同分配。
參考圖27a，按鈕364a、364c和364d沒有進行分配，因此蓋層366上的按鈕部分370a、370c和370d沒有標記。根據(jù)跳線開關362a-h的設定的組合，按鈕364b也沒有進行分配，但是如果關閉電機控制系統(tǒng)10，微控制器374將接通LED378b。這樣，蓋層366的按鈕部分370b將具有指示這種分配的標記。
響應于按鈕364e的按下，微控制器374向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送啟動命令。微控制器374根據(jù)按鈕364e的按下接通LED378e，一般警告用戶微控制器374已經(jīng)發(fā)送了啟動命令。提供了蓋層366的按鈕部分370e，其上的標記指示按鈕364e的功能。
類似地，根據(jù)跳線開關362a-h的設定的組合，按下按鈕364f將使微控制器374向軟啟動器14的微處理器48發(fā)送停止命令，一般停止AC感應電機16，如上所述。一旦按下按鈕364f，微控制器374就接通378f，以便警告用戶微控制器374已經(jīng)發(fā)出停止命令。蓋層366的按鈕部分370f具有標識按鈕364f功能的標記。
圖27b-c對應于根據(jù)跳線開關362a-h的設定的組合而對按鈕364a-f和LED378a-f進行的不同分配。按鈕部分370a-f上的標記對應于按鈕364a-f和LED378a-f的分配。圖27a-c是分配按鈕364a-f和LED378a-f的示例，并不是限定為根據(jù)跳線開關362a-h的設定的組合而分配按鈕368a-f和LED378a-f的所有可能性。
參考圖29，給出了按鈕模塊28的微控制器374執(zhí)行的計算機可執(zhí)行指令流程圖。在開始處，初始化微控制器374，方框380。在初始化過程中，清除微控制器374的RAM組；設定微控制器374的輸入和輸出端口及其數(shù)據(jù)方向寄存器；初始化通訊變量和時鐘寄存器。
初始化之后，微控制器374開始搜索過程，方框382，以便向連接到網(wǎng)絡的其它電機控制發(fā)送其標識，并搜索連接到網(wǎng)絡的其它電機控制。微控制器374通過收發(fā)機376在網(wǎng)絡上發(fā)送搜索信號，直到微控制器374接收到來自連接到網(wǎng)絡的其它電機控制中的每一個的響應為止，方框384。
在等待來自連接到網(wǎng)絡的其它電機控制的響應時，微控制器374將以預定的數(shù)據(jù)間隔，方框386，掃描按鈕364a-f，以便判定是否按下按鈕364a-f中的一個?？梢栽O想，如果對于超過預定數(shù)目連續(xù)掃描，微控制器374都檢測到按鈕364a-f按下，微控制器374就可以檢測到粘貼按鈕364a-f。
如果微控制器374接收到來自連接到網(wǎng)絡的其它電機控制中的一個的指令信號，方框390，微控制器374就判定該指令信號是否需要接通LED378a-f。根據(jù)對這種來自連接到網(wǎng)絡的同等電機控制的指令信號的接收，微控制器374就更新或接通相應的LED378a-f，方框392，如上所述。
如果微控制器374正確地通過收發(fā)機376連接到網(wǎng)絡，方框394，如果迅速按下按鈕364a-f中的一個，方框396，微控制器374將根據(jù)跳線開關362a-h的設定向網(wǎng)絡上的適當電機控制發(fā)送指令信號，方框398，以便執(zhí)行用戶期望的命令。類似地，如果微控制器374接收到來自連接到網(wǎng)絡的其它電機控制中的一個的有效信號，方框400，微控制器374就處理接收到的信號，并對其進行解釋，方框402，以便執(zhí)行命令。
微控制器374還可以接收來自連接到網(wǎng)絡的其它電機控制中的一個的搜索信號，方框404。如果微控制器374正確地通過收發(fā)機376連接到網(wǎng)絡。微控制器374就向發(fā)送搜索信號的相應電機控制發(fā)送識別其自身的響應，方框408。
各種實現(xiàn)本發(fā)明的模式都認為是屬于下述權利要求特別指出的并清楚地對視為本發(fā)明的主體聲明權利的范圍之內。
權利要求
1.控制三相AC感應電機(16)的方法，感應電機的每一相都通過并聯(lián)的晶閘管開關(40、44、46)和旁路接觸器(50、52、54)連接到AC輸入電源(18)，以便向AC感應電機(16)供給電壓和電流，方法包括以下步驟順序地觸發(fā)晶閘管開關(42、44、46)對，使AC感應電機(16)全速轉動，每個晶閘管開關(42、44、46)都響應AC輸入電源(18)提供的零電流而斷開；監(jiān)測AC感應電機(16)的轉動速度；根據(jù)AC感應電機(16)以預定的轉動速度轉動而閉合旁路接觸器(50、52、54)；和根據(jù)其上的電壓降觸發(fā)晶閘管開關(42、44、46)。
2.權利要求1的方法，其中順序觸發(fā)晶閘管開關(42、44、46)對的步驟包括為AC感應電機(16)提供恒電流的步驟。
3.權利要求1的方法，其中順序觸發(fā)晶閘管開關(42、44、46)對的步驟包括在每次順序觸發(fā)晶閘管開關(42、44、46)對之后增加供給AC感應電機(16)的電壓的步驟。
4.權利要求1的方法，還包括以下額外步驟監(jiān)測AC感應電機(16)的每一相上的溫度；根據(jù)AC感應電機(16)的某一相上的溫度超過預定溫度而停止AC感應電機(16)。
5.權利要求1的方法，還包括以下額外步驟監(jiān)測AC感應電機(16)的熱過載條件；根據(jù)其上的熱過載條件停止AC感應電機(16)。
6.權利要求1的方法，還包括以下額外步驟監(jiān)測供給AC感應電機(16)的電壓；根據(jù)AC感應電機(16)的任一相上的電壓低于預定值而停止AC感應電機(16)。
7.權利要求1的方法，還包括以下額外步驟根據(jù)用戶停止命令通過下述過程停止AC感應電機(16)斷開旁路接觸器(50、52、54)；在用戶選擇時間內減小供給AC感應電機(16)的電流；斷開晶閘管開關(42、44、46)。
8.權利要求7的方法，其中用戶停止命令通過網(wǎng)絡傳遞給AC感應電機(16)。
9.權利要求1的方法，其中根據(jù)與其并聯(lián)的相應旁路接觸器(50、52、54)的斷開，在晶閘管開關(42、44、46)上出現(xiàn)電壓降。
10.權利要求9的方法，還包括以下額外步驟試圖在預定時間持續(xù)期內再次閉合開路的旁路接觸器(50、52、54)；如果開路的旁路接觸器(50、52、54)沒有在預定時間持續(xù)期內閉合，就停止AC感應電機(16)。
11.控制通過并聯(lián)的晶閘管開關(42、44、46)和旁路接觸器(50、52、54)連接AC電機(16)到AC輸入電源(18)的方法，以便向AC電機(16)供給電壓和電流，旁路接觸器(50、52、54)在AC電機(16)全速轉動時閉合，該方法包括以下步驟使AC電機(16)全速轉動；根據(jù)其上的電壓降觸發(fā)晶閘管開關(42、44、46)。
12.權利要求11的方法，其中使AC電機(16)全速轉動的步驟包括以下步驟向AC電機(16)供給電壓和電流；監(jiān)測AC電機(16)的轉動速度；根據(jù)AC電機(16)以預定轉動速度轉動而閉合旁路接觸器(50、52、54)。
13.權利要求12的方法，其中向AC電機(16)供給電壓和電流的步驟包括以下步驟在電機端子(36、38、40)上判定零電源電壓的初始出現(xiàn)；在電機端子(36、38、40)上初始出現(xiàn)零電源電壓之后的預定相角初始觸發(fā)晶閘管開關(42、44、46)，并將預定觸發(fā)角作為初始觸發(fā)角；判定在電機端子(36、38、40)上零電源電壓的后續(xù)出現(xiàn)；判定由AC電源(18)供給電機端子(36、38、40)的零電源電流的初始出現(xiàn)，并將在電機端子(36、38、40)上后續(xù)出現(xiàn)的零電源電壓和初始出現(xiàn)的供給電機端子(36、38、40)的零電源電流之間的延遲作為相位滯后；根據(jù)通過的零電源電流斷開晶閘管開關(42、44、46)；在電機端子(36、38、40)上后續(xù)出現(xiàn)零電源電壓之后在初始觸發(fā)角再次觸發(fā)晶閘管開關(42、44、46)；判定電機端子(36、38、40)上的零電源電壓的又一次后續(xù)出現(xiàn)；判定由AC電源(18)供給電機端子(36、38、40)的零電源電流的后續(xù)出現(xiàn)，并將在電機端子(36、38、40)上又一次后續(xù)出現(xiàn)的零電源電壓和后續(xù)出現(xiàn)的供給電機端子(36、38、40)的零電源電流之間的延遲作為新的相位滯后；根據(jù)通過的后續(xù)零電源電流而再次斷開晶閘管開關(42、44、46)；根據(jù)初始觸發(fā)角和相位滯后與新相位滯后之間的差異計算新觸發(fā)角；在電機端子(36、38、40)上又一次后續(xù)出現(xiàn)零電源電壓之后在新觸發(fā)角再次觸發(fā)晶閘管開關。
14.權利要求13的方法，包括以下額外步驟將新觸發(fā)角作為初始觸發(fā)角；將新相位滯后作為初始相位滯后；返回到判定又一次后續(xù)出現(xiàn)零電源電壓的步驟。
15.權利要求13的方法，其中新觸發(fā)角根據(jù)下式計算αi＝αi-1+P(φi-φi-1)其中αi是新觸發(fā)角；αi-1是初始觸發(fā)角；φi是相位滯后；φi-1是初始相位滯后；P是比例增益。
16.權利要求13的方法，其中新觸發(fā)角根據(jù)下式計算αi＝αi-i+P(φi-φi-1)+I(αref-αi-1)其中αi是新觸發(fā)角；αi-1是初始觸發(fā)角；αref是期望的觸發(fā)角；φi是相位滯后；φi-1是初始相位滯后；P是比例增益；I是積分增益。
全文摘要
提供了一種控制AC電機(16)的啟動、停止及其工作的方法。AC電機(16)的每一繞組都通過晶閘管開關(42、44、46)和旁路接觸器(50、52、54)連接到AC電源(18),以便向AC電機(16)提供電壓和電流。方法包括順序觸發(fā)晶閘管開關對以便使AC電機全速轉動的步驟。一旦全速轉動,就閉合旁路接觸器。當在晶閘管開關上檢測到電壓降時,就立即觸發(fā)晶閘管開關,將電機電流由旁路接觸器轉移到晶閘管開關,以便維持供給AC電機的電壓和電流。
文檔編號H02P1/28GK1267127SQ0010400
公開日2000年9月20日 申請日期2000年3月10日 優(yōu)先權日1999年3月11日
發(fā)明者C·T·楊格, G·A·莫雷, P·J·翁斯沃斯 申請人:易通公司