基于单片机的交流电机软启动器及其应用研究

    电机是工业生产中重要的拖动设备之一，交流异步电机由于结构简单、维修容易等优点，被广泛应用于工农业及其他生产当中。但电机直接启动时的电流过大，启动瞬间转矩造成的机械冲击也会影响其本身及拖动设备 使用寿命，过大的启动电流还加速了电机绝缘老化。电机启动时会引起较大的电网压降，影响电网供电和其他设备运行。频繁启动电机的场合，还会因电机的短路、缺相、过流、欠压、堵转等故障影响设备运行。因此，应该采用软启运控制技术，改善电机的不良启动性能，延长电机寿命，减少电网冲击。本文所介绍的基于单片机AT89C5l的三相异步电动机软启动器从本质上改善交流电动机的启动特性，而且具有节电运行、过流保护、过载保护、缺相保护等功能。

　　1 工作原理及硬件构成

　　该软启动器的硬件电路结构框图如图1.

　　启动时（接到启动指令），从单片机输出口产生移相触发脉冲，通过控制串接在三相异步电动机绕组中的双向晶闸管的导通角α，使之实现斜坡方式减压启动。在电机运行中，实时检测电机功率因数，据此改变导通角α，实现节电运行。过流与过载检测采用常规电流互感器电路，经整流、滤波、放大、A/D转换及隔离后送人单片机，由软件完成数据处理及判断。缺相检测采用同时检测三相电源的方法以判断缺相故障。每相检测电路如图2所示。在晶闸管导通期间，该电路Vo应输出高电平信号，否则该相缺相（电流为零）。各相的检测信号也送入单片机进行处理及判断。

　　相位检测与同步信号产生电路见图3.A相电流、电压信号经光耦变为方波后送入异或门，定时/计数器8253的通道0（工作于方式2）用于检测A相电压与电流的相位差，电压过零时门控端GATE0得到高电平，开始计数，电流过零时GATEo变为低电平，计数停止。单片机在GATE.低电平期间读出计数值则可得到电压电流相位差。由8253的通道l、2（工作于方式5）延时实现触发脉冲的移相控制，A相电压过零为同步信号启动定时。通道l与单片机的定时/计数器T0配合控制l、2、3号晶闸管的导通时刻，通道2与单片机的定时/计数器T,配合控制4、5、6号晶闸管的导通时刻，T0、T1定时时间均为3.3ms,它是利用前一次定时中断启动下一次定时，而在一周期内分别产生相差3.3ms的三个触发控制脉冲。

　　启动（停）指令来自机床电气控制系统主控制器，按照加工工艺流程，要求该电动机启动（停）时，主控制器会发出启动（停）指令，则软启动器控制电机启动（停）。在机床设备中往往需要联锁控制，这样当电动机出现故障而停机保护时，就需向主控制器回馈一个停信号，主控制器随之可以进行联锁控制处理[page]

　　2 控制软件

　　该软件的任务是控制硬件系统自动采集、检测输人信号，对输人数据进行判断与处理，按要求输出所需的控制信号。主程序流程图如图4所示。接到启动指令后首先启动电机，然后后进人循环工作过程直至接到停指令或故障停机。由于有较强功能的硬件电路的配合，使得主程序在每次循环中都能进行故障检测、电流值采样显示、功率因数角测量、触发脉冲移相和输出控制，因此做到了控制迅速，采样、故障诊断两不误。INTo与To中断程序实现的是1、2、3号晶闸管的触发脉冲移相与定位控制，其流程图见图5、图6.INT1与T1中断程序实现的是4、5、6号晶闸管的触发脉冲移相与定位控制，其流程图与图5、图6相似。

   

　　3 结语

　　采用单片机控制的三相异步电动机软启动器具有功能完善、运行可靠、使用方便、成本低廉等特点，满足了企业对设备的可靠性、生产效率和资源优化等方面的要求，具有一定的应用价值。