摘　要：針對電動機的啟動電流過大，設(shè)計了一種以嵌入式系統(tǒng)為核心，輔以其他芯片的節(jié)能軟啟動控制器，它是具備節(jié)能運行、軟啟動和多種保護功能的電動機軟啟動裝置。 關(guān)鍵詞：軟啟動 節(jié)能 保護 控制 許多電動機的損壞，其中重要原因之一就是因為電動機的啟動電流過大（可達(dá)到額定電流的7～8倍），因此在經(jīng)常使用電動機的部門和場合推行軟啟動技術(shù)具有十分重要的意義。本文所討論的軟啟動控制器主要是用嵌入式系統(tǒng)，輔以其他芯片，解決電動機的軟啟動問題，兼能實現(xiàn)過流、缺相、相序不正確等保護和故障顯示的功能，而且在啟動后自動短路晶閘管，使電動機和電網(wǎng)相連，實現(xiàn)節(jié)能和提高運行效率目的。 1　軟啟動原理 　　 軟啟動的實質(zhì)是一種降壓啟動，與“Y－△”啟動和自耦降壓啟動的原理是一樣的，不同的是軟啟動采用了無觸點電子開關(guān)控制電壓，其電壓平穩(wěn)上升，而不是突變。 　　 軟啟動的基本原理就是：利用晶閘管的開關(guān)特性將三對反并聯(lián)的晶閘管串接到電動機的三相電路上，通過調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角的大小來改變晶閘管的開通程度，從而控制了輸出到電動機的電壓的大小，達(dá)到控制電動機的啟動特性的目的。而當(dāng)電動機啟動過程完畢后，軟啟動控制器就會控制交流接觸器吸合，短路掉所有的晶閘管，使電動機直接連接到電網(wǎng)上，這樣可以達(dá)到節(jié)能目的。　 如圖1所示，在確定晶閘管的觸發(fā)角的大小前，先要得到電網(wǎng)的同步信號和設(shè)置的啟動方式等，然后通過這些信息去確定觸發(fā)角的變化規(guī)律。 2　軟啟動控制器的啟動方式 　　 軟啟動控制器是事先設(shè)定好控制程序，當(dāng)控制器收到啟動指令后，便進行相關(guān)計算確定晶閘管的觸發(fā)信號，從而控制晶閘管按照軟啟動控制器設(shè)定的方式，輸出相應(yīng)的電壓控制電動機的啟動?！　? 啟動方式：電壓斜坡軟啟動方式、限流軟啟動方式、電壓控制方式、轉(zhuǎn)矩啟動方式、轉(zhuǎn)矩加突跳控制方式。 2．1　電壓斜坡軟啟動方式 　　 如圖2所示，這種方式要先設(shè)定電壓控制的啟動電壓U0和加速斜坡的斜率。在電機啟動后，控制器的輸出電壓會很快升高，當(dāng)達(dá)到控制器設(shè)定的啟動電壓U0，電機的輸出電壓就會按照設(shè)定的加速斜坡的斜率開始線性增加，直到等于電網(wǎng)電壓，則這時交流接觸器就會吸合，啟動過程結(jié)束。 　　 這種方式的啟動電壓U0和斜坡斜率都可以根據(jù)用戶自己的情況設(shè)定。 2．2　限流軟啟動方式　　 這種啟動方式要先設(shè)定一個限流值Im，電動機啟動后，電流迅速增大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的限流值Im，軟啟動控制器就一方面保證輸出電流不再增大，另一方面漸漸增大晶閘管的觸發(fā)角。 其中限流值Im可以根據(jù)用戶電網(wǎng)容量和電動機的負(fù)載情況而設(shè)定，該值的設(shè)定范圍在電動機額定電流的40％～400％。 2．3　電壓控制方式 　　 電壓控制啟動方式主要用在輕載啟動的場合，在保證啟動壓降下發(fā)揮電動機的最大啟動轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短啟動時間，是最優(yōu)的輕載啟動方式。 2．4　轉(zhuǎn)矩啟動方式 　　 這種方式是將電動機的啟動轉(zhuǎn)矩從小到大線性上升，因此啟動平滑，主要用在重載的情況下。 2．5　轉(zhuǎn)矩加突跳控制方式 　　 與轉(zhuǎn)矩啟動方式相比，不同的是在啟動的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電動機的靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短啟動時間。 3　軟啟動控制器的系統(tǒng)組成與工作原理 3．1　硬件組成 　　 本系統(tǒng)采用89C51單片機作為核心部分，輔以AD0809和74HC164以及74HC273、X25045等芯片，主要包括同步信號檢測、電流檢測、參數(shù)設(shè)置、過壓欠流檢測、觸發(fā)脈沖輸出等部分。硬件結(jié)構(gòu)圖大致如圖4所示。 其主要工作原理是： 　　 （1）首先由同步檢測環(huán)節(jié)得到三相電壓的同步信號，并且在這一環(huán)節(jié)可以判斷出電網(wǎng)是否缺相和相序不正確，一旦有問題就會有故障顯示，軟啟動就不會進行。得到的同步信號送到單片機，作為晶閘管門極觸發(fā)信號的同步信號。 　　 （2）用AD0809采樣電機的工作電流，作為限流工作方式的參考量。 　　 （3）用按鍵選擇啟動方式：如果選擇電壓斜坡軟啟動方式則還要輸入啟動電壓U0和加速斜坡的斜率；選擇限流啟動方式則還要輸入限流值Im。其他的方式也要相應(yīng)的輸入啟動參數(shù)。 　　 （4）根據(jù)各個周期觸發(fā)角增量的計算結(jié)果，從單片機的端口輸出6個觸發(fā)脈沖，6個觸發(fā)信號依次滯后60°，觸發(fā)脈沖要經(jīng)過光電隔離器，三極管。光電隔離器用來提高系統(tǒng)抗干擾能力以及保護電機，三極管用來增大驅(qū)動電流。 　　 （5）當(dāng)晶閘管的導(dǎo)通程度達(dá)到最大的時候，電動機就進入正常運轉(zhuǎn)，這時可以使中間繼電器動作，吸合交流接觸器，晶閘管被短路，電動機直接和電網(wǎng)連接，達(dá)到節(jié)能的目的。 　　 （6）該裝置還有看門狗定時器和電壓監(jiān)控功能，這主要是通過X25045芯片來實現(xiàn)的。另外X25045還能實現(xiàn)把用戶設(shè)定的啟動電壓U0和加速斜坡的斜率，以及限流值Im記憶保存，保證復(fù)位后設(shè)定的參數(shù)仍然不丟失。 　　 此外，在電動機運行過程中，可以進行過流、缺相、相序不正確等的相應(yīng)保護，并且在出現(xiàn)故障時，可以實現(xiàn)軟停車。 3．2　軟件設(shè)計 　　 本系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)初始化、鍵盤處理、參數(shù)修改和設(shè)定、AD轉(zhuǎn)化、同步信號的輸入、脈沖信號的輸出、參數(shù)和故障顯示。用戶可以根據(jù)自己負(fù)載特性選擇啟動控制方式，在操作鍵盤設(shè)置合適的啟動參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，通過感測、比較，不斷地向晶閘管發(fā)出控制信號，從開始啟動到啟動結(jié)束，整個過程由系統(tǒng)自動完成。如圖5所示，首先進行電網(wǎng)電源判斷，是否缺相或者亂序，如果正常則進行鍵盤處理程序。如果要修改和重新設(shè)置參數(shù)，則先進行參數(shù)設(shè)置，之后按動啟動鍵，電動機就可以啟動，在啟動過程中，不斷地采樣電動機的電流，有沒有過流。當(dāng)晶閘管的導(dǎo)通程度最大時，吸合交流接觸器，短路晶閘管，電動機和電網(wǎng)直接連接，啟動結(jié)束。 4　結(jié)束語 　　 智能軟啟動是用嵌入式系統(tǒng)控制晶閘管的觸發(fā)角，從而控制電動機的啟動電壓的，這是其他的傳統(tǒng)啟動方法無法比擬的，既能保證在負(fù)載要求的啟動特性下平滑啟動，降低對電網(wǎng)的沖擊，又能保證電動機的可靠啟動，具有過流、缺相、相序判斷等保護，并可節(jié)能。本裝置經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，運行良好，較好地實現(xiàn)了電動機的軟啟動和故障保護功能。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，希望有更優(yōu)良的保護裝置出現(xiàn)，這還有待廣大工作者在理論和實踐上做進一步的探索。