三相异步电动机软启动器设计

第 26卷第 2期 2009年 2月 机 � � 电 � � 工 � � 程 M echan ical& E lectrical Eng inee ringM agazine Vo.l 26 No. 2 Feb. 2009 收稿日期: 2008- 07- 25 基金项目:安徽省教育厅资助项目 (K J2007B 079 ) 作者简介:孙驷洲 ( 1976- ) ,男,安徽和县人,主要从事电力电子等方面的教学和研究. E�m ai:l sszhouok12345@ 126. com 三相异步电动机软启动器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 * 孙驷洲,孟 � 樱,王冠凌 (安徽工程科技学院 安徽省电气传动与控制重点实验室,安徽 芜湖 241000) 摘 � 要:为了解决由于三相异步电动机启动电流大, 对电机造成损坏的问题, 采用了 80C196KC单片机 及功率器件晶闸管为核心,完成了三相异步电动机软启动器的系统设计。采用模块化设计思想, 利用 16位单片机 80C196KC实现了电压斜坡启动、限流启动、软停车等算法,通过改变晶闸管的触发角来实 现对电机定子两端的电压调节, 解决了电动机启动时对电网和机械设备的冲击, 延长了供电设备的寿 命,同时能够实现软停车、故障保护、节能等功能。 关键词:单片机; 异步电动机;软启动器 中图分类号: TM 343+ . 2; TP368. 2� � � � 文献标识码: A 文章编号: 1001- 4551( 2009) 02- 0028- 03 Design of soft�starter in three�phase asynchronousmotor SUN S i�zhou, MENG Y ing, WANG Guan�ling (Anhu i ProvincialK ey Laboratory of E lectr ic and Contro l, Anhui Univer sity of T echnology and S cience, Wuhu 241000, Ch ina) Abstrac t: A im ing a t reducing the starting curren t in the th ree�phase asynchronous mo tor, us ing 80C196KC and thyristors as core parts, the three�phase asynchronous mo tor so ft starter was designed. The a lgor ithm of the voltage slope start, current lim it start, soft park ing and so on w as prog ramm ed in modu la rization. Them o to r stator vo ltagew as changed by the trigger ang les o f the thy ris� tors to reduce impact of the starting curren t on equ ipm ents and gr id. The so ft sta rter can ex tend the life of the pow er supp ly equip� m ent, and has the function of soft parking, protection, energy conservation and so on. K ey words: s ing le ch ip m icro computer ( SCM ); asynchronous m otor; soft starter 0� 引 � 言 三相异步电动机以其低成本、高可靠性和易维护 等特点,被广泛应用于各工业领域。但其启动电流是 额定电流的 6倍左右, 带载启动时甚至达到 8倍。大 的启动电流会加速电动机的绝缘老化, 大大降低电动 机的使用寿命,导致大量的能量被消耗;大电流还会给 电网带来不良影响,使电网电压产生波动 [ 1]。 随着电力电子技术和微机控制技术的发展, 国内 外相继开发了以晶闸管为开关器件、单片机为控制核 心的电子软启动设备,用于异步电动机的启动控制,以 取代自耦降压、Y /�降压等传统启动设备 [ 2] , 平滑了 异步电动机启动过程,大大减缓了对电网的冲击,减轻 了机械设备的振动; 而且可根据电动机负载特性调节 启动过程的各种参数,增加了对不同负载的适应;同时 它具有节能和对异步电动机的多种保护功能 [ 3 ]。 本研究采用 80C196KC单片机为控制核心, 采用 KP系列的晶闸管来设计三相异步电机软启动器。 1� 系统的工作原理 软启动器系统是综合三相异步电动机的启动和运 行保护于一体,主要包括异步电动机的软启动、电机故 障保护和软停机 3部分。其系统如图 1所示, 在三相 异步电动机启动过程中,将电机的电压信号由 A /D完 成模 /数转换后送至单片机, 与设定电压值进行比较 后,计算出电压偏差和电压的偏差变化率,确定输出触 发脉冲的时间,触发脉冲经过功放电路放大后触发晶 闸管。单片机通过控制触发脉冲的宽度来改变晶闸管 的触发角的大小,从而改变晶闸管的输出电压。在电 机启动过程中,晶闸管的触发角逐渐减少,晶闸管的输 出电压也逐渐增加,直到达到电机的额定电压,电机转 速从零开始加速,实现了电机的无级平滑启动 [ 4]。 启动完成后,电动机软启动器自动进入保护器的 工作状态,单片机不断地检测三相电流,并与设定值进 行比较计算。如发现异常则首先报警, 然后按设定的 时间停止电动机的运行。 2� 系统的硬件设计 2. 1� 系统的硬件构成 软启动控制系统以高性能的 16位 80C196KC单 片机作为控制核心,外围电路包括检测电路、脉冲触发 电路和电源电路。电源电压经过同步脉冲形成电路形 成同步脉冲信号送入 CPU, CPU根据同步脉冲信号和 管压降信号计算出触发控制角, 触发命令经过触发脉 冲形成电路驱动晶闸管。电机电流采集电路把电动机 工作电流进行调整和衰减, 使得输出信号满足 80C196KC单片机内部自带的 A /D转换的要求。键盘 设置和数码管显示构成人机接口电路, 使系统具有良 好的人机交互界面,在电动机运行前或运行过程中,可 以灵活地设置控制和运行参数 [ 5 ]。 图 1� 三相异步电动机软启动器的系统构成 线电压 UUV作为交流同步电压,通过变压器降压 后, 经过零比较器形成方波信号, 方波信号送入 80C196KC单片机的 HS I. 0引脚正跳变产生外部中 断。由于 UUV所形成的方波信号的上跳沿超前于 UU 30�,所以以线电压 UUV作同步电压时就有 30�的相位 差,同样,其它相与它存在相位差, 这在软件设计中要 予以考虑并进行调整。 2. 2� 晶闸管的驱动电路 晶闸管的导通是由控制极的触发脉冲来控制, 由 于晶闸管门极参数的分散性以及其触发电压、电流随 温度变化的特性,为保证可靠触发,其触发电压和触发 电流必须大于门极触发电压和电流。 脉冲功放电路如图 2所示 (以 G1脚为例 ) , 单片 机发出的是一组脉冲,经过光电耦合器, 通过 Q l进行 功率放大,然后将放大的信号送入脉冲变压器 T 1, 由 G1输出控制晶闸管门极。 图 2� 晶闸管驱动电路 3� 系统的软件设计 电机软启动器的软件主要包括主程序和中断程 序,主程序和中断子程序如图 3所示。 图 3� 系统程序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 当接到启动命令后,将定时器设置成比较中断方 式,根据设置的初始触发角计算出触发计数,并启动定 时器比较中断和同步信号中断。当同步信号进入中断 后,根据触发计数计算出定时器的初值,并分别送给 6个 比较寄存器;当定时器值与比较寄存器的值相同时,触发 定时器中断。进入定时器中断后触发晶闸管,晶闸管打 开,电动机开始启动;单片机再根据所设置的启动方式自 动调整定时器中比较寄存器的值,直到晶闸管全部打开 后,开启旁路接触器,关闭晶闸管,启动完成;当接到停止 命令后,则按相反的顺序进行,从而实现软停机 [ 6]。 4� 实验结果 通过示波器观测到的电源的相电压和同步方波信 号如图 4所示。同步信号送入单片机输入引脚 HSI. 0 上,当电压是由负变正时, HSI. 0引脚上产生正跳变, 单片机这时产生外部中断。 29 第 2期 孙驷洲, 等:三相异步电动机软启动器设计 单片机输出的脉冲信号经过脉冲变压器和光耦隔 离放大后的晶闸管触发脉冲信号如图 5所示。该信号 是由单片机高速输出通道 HSO输出的脉冲波形信号, 经过隔离、放大之后才能成为可靠触发晶闸管的触发 脉冲信号。从图中可以看出是采用双窄脉冲的触发方 式,即在后一号晶闸管脉冲产生之时再给前一号晶闸 管补发脉冲信号。 5� 结束语 80C196KC是一种非常适合用于电动机控制的单 片机,有极强的抗干扰能力,笔者以 80C196KC单片机 为核心,采用 KP晶闸管设计的电动机软启动器操作 简单、系统性能稳定。实验结果表明,该启动器适合应 用于防止启动时产生力矩冲击大而使电机转动机械断 裂的场合,更适合用于防止水锤效应的泵类负载。 参考文献 (Re ferences): [ 1] � 刘红樱, 姜 � 婷,周汉义. 异步电动机软启动器设计 [ J]. 机电工程, 2007, 24( 3) : 74- 76. 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