摘　要：針對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流過(guò)大，設(shè)計(jì)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(dòng)控制器，它是具備節(jié)能運(yùn)行、軟啟動(dòng)和多種保護(hù)功能的電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)裝置。 關(guān)鍵詞：軟啟動(dòng) 節(jié)能 保護(hù) 控制 許多電動(dòng)機(jī)的損壞，其中重要原因之一就是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流過(guò)大（可達(dá)到額定電流的7～8倍），因此在經(jīng)常使用電動(dòng)機(jī)的部門和場(chǎng)合推行軟啟動(dòng)技術(shù)具有十分重要的意義。本文所討論的軟啟動(dòng)控制器主要是用嵌入式系統(tǒng)，輔以其他芯片，解決電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)問(wèn)題，兼能實(shí)現(xiàn)過(guò)流、缺相、相序不正確等保護(hù)和故障顯示的功能，而且在啟動(dòng)后自動(dòng)短路晶閘管，使電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和提高運(yùn)行效率目的。 1　軟啟動(dòng)原理 　　 軟啟動(dòng)的實(shí)質(zhì)是一種降壓?jiǎn)?dòng)，與“Y－△”啟動(dòng)和自耦降壓?jiǎn)?dòng)的原理是一樣的，不同的是軟啟動(dòng)采用了無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)控制電壓，其電壓平穩(wěn)上升，而不是突變。 　　 軟啟動(dòng)的基本原理就是：利用晶閘管的開(kāi)關(guān)特性將三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管串接到電動(dòng)機(jī)的三相電路上，通過(guò)調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角的大小來(lái)改變晶閘管的開(kāi)通程度，從而控制了輸出到電動(dòng)機(jī)的電壓的大小，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性的目的。而當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程完畢后，軟啟動(dòng)控制器就會(huì)控制交流接觸器吸合，短路掉所有的晶閘管，使電動(dòng)機(jī)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(hào)和設(shè)置的啟動(dòng)方式等，然后通過(guò)這些信息去確定觸發(fā)角的變化規(guī)律。 2　軟啟動(dòng)控制器的啟動(dòng)方式 　　 軟啟動(dòng)控制器是事先設(shè)定好控制程序，當(dāng)控制器收到啟動(dòng)指令后，便進(jìn)行相關(guān)計(jì)算確定晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，從而控制晶閘管按照軟啟動(dòng)控制器設(shè)定的方式，輸出相應(yīng)的電壓控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)?！　? 啟動(dòng)方式：電壓斜坡軟啟動(dòng)方式、限流軟啟動(dòng)方式、電壓控制方式、轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)方式、轉(zhuǎn)矩加突跳控制方式。 2．1　電壓斜坡軟啟動(dòng)方式 　　 如圖2所示，這種方式要先設(shè)定電壓控制的啟動(dòng)電壓U0和加速斜坡的斜率。在電機(jī)啟動(dòng)后，控制器的輸出電壓會(huì)很快升高，當(dāng)達(dá)到控制器設(shè)定的啟動(dòng)電壓U0，電機(jī)的輸出電壓就會(huì)按照設(shè)定的加速斜坡的斜率開(kāi)始線性增加，直到等于電網(wǎng)電壓，則這時(shí)交流接觸器就會(huì)吸合，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。 　　 這種方式的啟動(dòng)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(dòng)方式　　 這種啟動(dòng)方式要先設(shè)定一個(gè)限流值Im，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，電流迅速增大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的限流值Im，軟啟動(dòng)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(dòng)機(jī)的負(fù)載情況而設(shè)定，該值的設(shè)定范圍在電動(dòng)機(jī)額定電流的40％～400％。 2．3　電壓控制方式 　　 電壓控制啟動(dòng)方式主要用在輕載啟動(dòng)的場(chǎng)合，在保證啟動(dòng)壓降下發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短啟動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的輕載啟動(dòng)方式。 2．4　轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)方式 　　 這種方式是將電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩從小到大線性上升，因此啟動(dòng)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(dòng)方式相比，不同的是在啟動(dòng)的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電動(dòng)機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短啟動(dòng)時(shí)間。 3　軟啟動(dòng)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(jī)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(hào)檢測(cè)、電流檢測(cè)、參數(shù)設(shè)置、過(guò)壓欠流檢測(cè)、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(cè)環(huán)節(jié)得到三相電壓的同步信號(hào)，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(wèn)題就會(huì)有故障顯示，軟啟動(dòng)就不會(huì)進(jìn)行。得到的同步信號(hào)送到單片機(jī)，作為晶閘管門極觸發(fā)信號(hào)的同步信號(hào)。 　　 （2）用AD0809采樣電機(jī)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(dòng)方式：如果選擇電壓斜坡軟啟動(dòng)方式則還要輸入啟動(dòng)電壓U0和加速斜坡的斜率；選擇限流啟動(dòng)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(dòng)參數(shù)。 　　 （4）根據(jù)各個(gè)周期觸發(fā)角增量的計(jì)算結(jié)果，從單片機(jī)的端口輸出6個(gè)觸發(fā)脈沖，6個(gè)觸發(fā)信號(hào)依次滯后60°，觸發(fā)脈沖要經(jīng)過(guò)光電隔離器，三極管。光電隔離器用來(lái)提高系統(tǒng)抗干擾能力以及保護(hù)電機(jī)，三極管用來(lái)增大驅(qū)動(dòng)電流。 　　 （5）當(dāng)晶閘管的導(dǎo)通程度達(dá)到最大的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)就進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)可以使中間繼電器動(dòng)作，吸合交流接觸器，晶閘管被短路，電動(dòng)機(jī)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(shí)器和電壓監(jiān)控功能，這主要是通過(guò)X25045芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的。另外X25045還能實(shí)現(xiàn)把用戶設(shè)定的啟動(dòng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，可以進(jìn)行過(guò)流、缺相、相序不正確等的相應(yīng)保護(hù)，并且在出現(xiàn)故障時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)軟停車。 3．2　軟件設(shè)計(jì) 　　 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(hào)的輸入、脈沖信號(hào)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(dòng)控制方式，在操作鍵盤設(shè)置合適的啟動(dòng)參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，通過(guò)感測(cè)、比較，不斷地向晶閘管發(fā)出控制信號(hào)，從開(kāi)始啟動(dòng)到啟動(dòng)結(jié)束，整個(gè)過(guò)程由系統(tǒng)自動(dòng)完成。如圖5所示，首先進(jìn)行電網(wǎng)電源判斷，是否缺相或者亂序，如果正常則進(jìn)行鍵盤處理程序。如果要修改和重新設(shè)置參數(shù)，則先進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，之后按動(dòng)啟動(dòng)鍵，電動(dòng)機(jī)就可以啟動(dòng)，在啟動(dòng)過(guò)程中，不斷地采樣電動(dòng)機(jī)的電流，有沒(méi)有過(guò)流。當(dāng)晶閘管的導(dǎo)通程度最大時(shí)，吸合交流接觸器，短路晶閘管，電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)直接連接，啟動(dòng)結(jié)束。 4　結(jié)束語(yǔ) 　　 智能軟啟動(dòng)是用嵌入式系統(tǒng)控制晶閘管的觸發(fā)角，從而控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電壓的，這是其他的傳統(tǒng)啟動(dòng)方法無(wú)法比擬的，既能保證在負(fù)載要求的啟動(dòng)特性下平滑啟動(dòng)，降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊，又能保證電動(dòng)機(jī)的可靠啟動(dòng)，具有過(guò)流、缺相、相序判斷等保護(hù)，并可節(jié)能。本裝置經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，運(yùn)行良好，較好地實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)和故障保護(hù)功能。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，希望有更優(yōu)良的保護(hù)裝置出現(xiàn)，這還有待廣大工作者在理論和實(shí)踐上做進(jìn)一步的探索。