石樹正 李 杰 戴美魁

(河北建筑工程學院，河北 張家口 075000)

異步電動機智能控制硬件設計

石樹正 李 杰 戴美魁

(河北建筑工程學院，河北 張家口 075000)

通過對三相交流調壓電路以及基于三相交流調壓的三相交流異步電動機的軟啟動方法進行分析，基于三相交流調壓的異步電動機軟啟動系統(tǒng)解決了異步電動機啟動時，啟動電流過大問題，但存在功率因數(shù)低，電流諧波成分大的缺點.提出了以8051單片機為核心智能控制三相交流異步電動機的軟啟動方法.

軟啟動；晶閘管；單片機

1 前 言

電動機是工農業(yè)生產(chǎn)過程中的重要設備.伴隨著社會的飛速發(fā)展，電動機在社會生產(chǎn)過程中扮演的角色越來越重要，因而，如何實現(xiàn)電動機的自動化控制，建立穩(wěn)定、高效的電動機控制系統(tǒng)成為了研究的焦點.電動機的控制主要包括電機的啟動、制動以及電動機的調速.本文以基于8051單片機，設計開發(fā)了一個異步電動機的軟啟動智能控制系統(tǒng).

2 硬件結構

系統(tǒng)中硬件的設計思路是先分析電機定子電壓，利用雙向晶閘管α角的調節(jié)來實現(xiàn)異步電機的軟啟動.自耦變壓器降壓啟動、串電抗器啟動和Y/△轉換、延邊三角形啟動、電阻調節(jié)等啟動方式比傳統(tǒng)的電動機啟動方式，其可靠性和方便性更高.其中自耦變壓器降壓啟動的使用設備較復雜；Y/△轉換啟動方式優(yōu)點是附加設備少，操作相對簡便，缺點是啟動電流數(shù)值較大，所以可以用在小型電動機啟動；延邊三角形啟動方式的電流也很大.以上幾種電機啟動方式使得加在定子繞組上的電壓得到明顯降低了，起到了一定抑制電流的作用，但很多問題依然存在.加大了電動機的啟動控制.

使用軟啟動控制電機的啟動，可以實現(xiàn)無觸點控制，提高了啟動器的安全可靠性和穩(wěn)定性，使用壽命和控制精度都有了大幅度的提升.同時，軟啟動功能強大、控制性能穩(wěn)定，基本不需要維護.利用電子啟動器可以節(jié)約大量的貴金屬材料.軟啟動器通過編輯程序進行降壓啟動，在改善電動機啟動時對電網(wǎng)的沖擊的同時降低了機械沖擊力對電動機啟動的影響.隨著對電動機啟動提速的要求，同時是的啟動電壓增加，電動機加速啟動的時間更短.負載及附件電動機啟動性能優(yōu)點顯著提高.啟動過程升速平滑、無噪聲、無振動、無火花，進一步提高了機械傳動設備和電動機運行的穩(wěn)定可靠性和使用壽命.

按上述方案設計的電動機啟動控制系統(tǒng)原理圖，主回路采用三相對稱的△型連接，采用三只雙向晶閘管實現(xiàn)調壓.同時配有交流接觸器，以便在更高電流時切換以節(jié)能.由于雙向晶閘管不僅能用正脈沖觸發(fā)，也能用負脈沖觸發(fā)，故其觸發(fā)電路可以大大簡化，系統(tǒng)由主回路和控制回路兩大部分組成.在主回路中，為防止誤導通，線路采用兩個措施：

每只雙向晶閘管兩端并接阻容吸收裝置，信號燈OD、LD、HD除了做開關接停信號外，并兼做電動機斷相能量釋放輔助通道，系統(tǒng)的控制回路可由下述各單元電路組成.

2.1 主回路

主電路見圖1，由電動機以及雙向晶閘管等共同組成了系統(tǒng)的主電路.由于晶閘管具有高效率、快速響應好、無電火花、無桿動部件、壽命時間較長，而且重量輕、體積小等優(yōu)點.以電力電子器件為主要元器構成的交流電力電子控制單元，是一種很好的弱點控制強電的方式，所以本系統(tǒng)利用了三相平衡調壓形式主回路，將三個雙向晶閘管串連在交流電動機的三相回路上，用智能化控制器中的自適應觸發(fā)控制電路控制三只雙向晶閘管的導通和截止，通過觸發(fā)電路的輸出改變晶閘管控制角的大小來控制晶閘管的開通程度，利用改變異步電動機定子電樞電壓的大小來更好的控制電動機的啟制動特性.

主回路采用自動開關DW10-200B作過載，過壓短路保護，同時快速熔斷器作為過流保護.為防止誤導通，雙向硅兩端并接阻容吸收裝置.同時，配接交流接觸器，以待負載超過40%In時切換以節(jié)約電能.每只雙向晶閘管兩端并接阻容吸收裝置，信號燈OD、LD、HD除了做開關接停信號外，并兼做電動機斷相能量釋放輔助通道.

圖1 主電路 圖2 脈沖形成電路

2.2 脈沖形成電路

如圖2脈沖形成電路74LS02的2腳接芯片腳，而GA1、KA1和GA2、KA2分別接某一相正反1對晶閘管的觸發(fā)極和陰極.由于PWM引腳是由軟件設置在不斷產(chǎn)生一定占空比的脈沖信號，因此如果想在某一時刻觸發(fā)該相的晶閘管，只要在這個時刻通過軟件設置將連接到該電路的HSO引腳置為低電平，并保持一定寬度時間就可以實現(xiàn).而是正相倒通還是反相倒通，則取決于加在該相晶閘管兩端的電源正負了.脈沖變壓器采用1∶1∶1三線圈型，二次側串聯(lián)一個電阻，既降低晶閘管的維持電流，還可以在這種接有2個晶閘管的三線圈變壓器的場合中用來平衡控制極電流，還可以在高噪聲電平的場合防止誤觸發(fā)，串聯(lián)一個二極管，為了在脈沖變壓器輸出電壓瞬變或反相時防止反相控制極電流，并且可以降低晶閘管的維持電流.并聯(lián)RC回路，為了在感性負載時晶閘管正確換流.

圖3 脈沖形成電路 圖4 最小系統(tǒng)電路

3 單片機最小系統(tǒng)控制電路

8051最小系統(tǒng)(如圖4)是指8051單片機及其外擴一片EPROM.EPROM(2764)的低8位由單片機總線P3.0-P3.7經(jīng)74LS373鎖存器提供高電壓，利用接口P4.0-P4.4提供.P3、P4所提供的內容先代表片外存儲器的地址總線，當P3和P4共同指出地址后，P3還要成為數(shù)據(jù)總線，故要用一個地址鎖存器來鎖存P3第一次提供的狀態(tài).8051無片內EPROM，所以必須外接程序存儲器，只存放程序和表格.

4 結 語

在深入分析異步電動機軟起動控制的各種方法的基礎上，對電力電子器件控制的軟起動方法進行了深入的研究，閘明了保證觸發(fā)脈沖有效的同步方式和控制角α的范圍.從異步電動機的起動和節(jié)能運行考慮，相對與傳統(tǒng)的異步電動機給主電路及電機本身帶來的不良影響，提出了由單片機為核心的智能軟啟動控制系統(tǒng).

[1]朱仁初,萬伯任,主編.電力拖動控制系統(tǒng)設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1991

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Hardware Designation of Asynchronous Motor Controlling System

SHIShu-zheng,LIJie,DAIMei-kui

(Hebei University of Architecture,Zhangjiakou,Hebei 075000)

Through the analysis of three-phase ac voltage regulation circuit and the soft start methods of three-phase ac asynchronous motor based on it,a conclusion can be drawn that the soft start system based on the three-phase ac asynchronous motor solves the problems of large starting current when the asynchronous motor starts, however,there are such problems as low power factor and big current harmonics.Then,the soft start methods are proposed, in which the three-phase ac asynchronous motor was controlled by taking 8051 single chip microcomputer as the core intelligent.

soft start;Thyristor;single chip microcomputer

2016-03-23

河北省高等學?？茖W技術研究青年基金項目，基金號(ZC2016030)

石樹正(1984-)，男，講師，從事機電一體化研究.

TG 33

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