用单片机控制的智能型软启动器

伺服技术・SERVO TECHN IQUE 用单片机控制的智能型软启动器

收稿日期:2002-09-23邓　勇,谢运祥,卢柱强

(华南理工大学电力学院雅达实验室,广东　广州　510640)

摘　要:介绍了电机软启动器的原理、结构、应用,结合AV R系列单片机A T90S8535的特点,提出了一种用单片机实现的控制方法,并给出了系统的软硬件设计。研究表明,该系统结构简单、参数调整灵活、控制效果良好,具有一定的使用价值。

关键词:电机软启动器;单片机;晶闸管

中图分类号:TM573.6 文献标识码:A 文章编号:1001-6848(2002)06-0025-04

A K i nd of M otor Sof t Starter Con trolled by AVR M icroch ip

D EN G Yong,X I

E Yun-x iang,LU Zhu-qiang

(Sou th Ch ina U n iversity of T echno logy A ST EC L ab.,Guangzhou510640,Ch ina)

Abstract:T h is paper in troduces the p rinci p le,structu re and app licati on of the mo to r soft starter,p resen ts a con tro lling m ethod realized by m icroch i p in relati on to the characteristics of A T90S8535,and p rovides the softw are and hardw are design of th is system.T he system has m erit of si m p le structu re,easily adju sting param eters,as w ell as good con tro lling effect,it has been p roved in the study.

Key words:mo to r soft starter;m icroch i p;series crystal b reak

1　引　言

传统的电机启动方法,除小功率电机采用直接启动外,大、中型电机一般采用定子串电抗或串电阻启动、Y—△启动、自耦变压器启动、延边三角形启动等方法。这几种方法本质是降压启动,目的是限制启动电流,避免过大的启动电流冲击电网、损坏电机,以保证电机启动的正常进行。但是所有这些方法都有同样的缺点:运行参数不易修改,效率低[1]。智能型软启动器能根据负载特点,灵活选择启动方式和运行参数,以达到启动的最优化。用A T90S8535单片机构成的控制器集成度高、成本低、人机界面好,能灵活地实现各种控制。

2　智能型软启动器主电路结构

电机软启动器主电路是由6个晶闸管两两反并联组成的三相交流调压电路,其结构如图1所示。图中D K是断路器,用于主电路开合;K是旁路接触器,当电机启动结束后,闭合旁路接触器,将晶闸管旁路,电机全电压运行,避免正常运行时晶闸管通态损耗影响系统工作效率;JR是热继电器,用于电机过热保护;V T1～V T6是晶闸管,在启动或停车过程中,通过控制电路调节晶闸管的触发脉冲可以实现对电机端电压的控制,从而完成软启动或软停车任务

。

图1　软启动器结构简图

3　软启动器的功能设计

3.1　软启动器的工作原理

电机软启动器普遍使用三相交流调压电路实现,其系统结构如图2所示。以单片机或其它电路组成的控制系统,根据预先设定的参数和电机启动过程中的实际状态,计算并输出晶闸管的触发脉冲指令,触发电路根据触发脉冲指令和同步信号,按一定的方式分别触发三相交流调压电路的6个晶闸管导通,实现三相电压的对称调节,使电机端电压由低至高(软启动

用单片机控制的智能型软启动器　邓　勇　谢运祥　卢柱强

时)或由高至低(软停车时)逐渐变化,完成电机的缓慢启动或停车过程

。

图2　控制系统结构简图

在本文的设计方案中,为了节约单片机的I O 端口,晶闸管触发脉冲指令是用高频脉冲占空比来给出的,当脉冲的占空比由0到1变化时,对应的触发

脉冲指令则由180°至0°变化,增大脉冲占空比,可以减小触发脉冲角,从而增大三相交流调压电路的输出电压;单片机通过内部A D 转换采样电机三相电流,可以监视电机的三相不平衡运行、过流状况等,据此调整电机的启动状态或实现必要的保护。3.2　启动方式

根据不同的启动场合和启动负载,系统设置了多种启动方式以供选择,用户可以健盘接口来进行选择,使电机启动更为合理。软启动器电压变化曲线如图3所示

。

图3　软启动器启动电压曲线

(1)斜坡启动:交流电机启动时,控制系统根据设定的启动时间,控制晶闸管的导通角由初始值逐渐下降到零,从而使电动机端电压从给定初始值平滑爬升到全压。它的优点是启动电流小,对电动机有更好的保护,同时降低电机起动时电流对电网的冲击,缺点是起动时间较长。其启动电压曲线如图3a 所示。

(2)斜坡+限流:按方式1进行启动时,虽然启动电流有所降低,但无法定量的控制在一定范围内。为达到这一目的,在方式1的基础上增加电流限制环节,当电流超过限定值时,单片机自动固定PWM 波的占空比,使电压不再爬升,直至电机转速上升、启动电流下降时才继续提升电压,这样就能使启动电流限制在要求的数值范围内。其启动曲线如图3b 所示。

(3)突跳+斜坡启动:当电机在启动开始时刻,由于其静摩擦很大(远大于动摩擦力),因而要求电机需要较大的力矩才能克服静摩擦力及负载等阻力转矩,使电机转动起来,而一旦电机转动后,其阻力转矩反而减小了[2]。针对这一现象设计了突跳启动方式,具体方法是:在电机启动初始时,先加一个较高的电压,使电机的输出转矩足以克服阻力转矩转动起来,再经过一定时间后,由于电机转动后阻力转矩反而减小,因此电机随之降低,从一个设定的基值电压开始逐渐上升,其启动电压变化曲线如图3c 所示。这种启动方式既可避免电机开始转矩过小而不能启动的现象,同时也可以有效减小电机启动电流大小。

(4)突跳+斜坡+限流:这种工作方式是在方式3的基础上,增加电流限制环节。其原理与在方式1

基础上增加电流限制环节形成方式2相同。其启动电压曲线如图3d 所示。

(5)电压限制启动:电动机在空载或者轻载起动

微电机　2002年　第35卷　第6期(总第129期)