PDF《基于单片机的交流电机软启动器 控制系统设计》

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93 92 基于单片机的交流电机软启动器 控制系统设计 文/杭州电力能源有限公司 姜洪发 Design of Ac Motor Soft Starter Control System Based on Single Chip

1 前言 我国软起动技术起步于上世纪

80 年代早期,目前生产 电机启动器的厂家很多, 先后也推出了多种品牌的软起动器.

但由于国内自主开发和生产的能力相对较弱,对国外产品的 依赖还是很严重.在技术上和可靠性上与国外同类产品尚有 一定的差距.所以在整个软起动器市场上,占据统治地位的 还是国外产品,国内产品所占的份额还是很低.目前市场上 生产的软启动器主要以机械式和三相反并联晶闸管方式为主. 机械式启动器是目前使用比较广泛的启动方式,但它是有级 起动,会产生二次冲击电流,启动电流仍然为标称电流的 3~4 倍,且有体积大、噪音大、维护费用高、无法适应恶劣 环境等诸多弊端. 目前在国外,发达国家的电动机软起动产品主要是固态 软起动装置――晶闸管软起动和兼作软起动的变频器.在生 产工艺兼有调速要求时,采用变频装置.在没有调速要求使 用的场合下,起动负载较轻时一般采用晶闸管软起动.在重 载或负载功率特别大的时候,才使用变频软起动.晶闸管软 起动装置是发达国家软起动的主流产品,各知名电气公司均 有自己晶闸管软起动的品牌,在其功能上又各具特色.例如 GE 公司生产的 ASTAT 智能电机软起动器;

ABB 公司生产 的PST、PSTB 系列电机软起动器;

施耐德公司的 ATS46 软起动器;

德国 SIEMENS 公司的 3RW22 SIKOSTART 软起动器等等.目前,国外对晶闸管三相交流调压电路的研 究己经从对控制电压、控制电机电流的开环、闭环方式,发 展到通过建立比较准确实用的数学模型,找到适用于三相交 流调压电路电机负载的控制方法,从而使三相交流调压电路 电机负载性能更优.另一方面,随着电力电子技术的发展, 摘要:本文首先介绍了软起动器晶闸管调压电路 ( 即主电路 ) 的工作原理,主要是基于晶闸管的三相异步电动机软启动器 主电路设计和触发电路设计.然后是对电动机软启动器模式的设计.本文设计的软起动器操作方便简单,能够使电机顺 利起动.使之能达到了改善三相异步电动机起动性能的要求.在满足异步电动机起动转矩要求及降低起动电流的前提下, 使电机能够平稳可靠起动. 异步电动机向更加可靠、方便性好、小型化方向发展. 软启动器本质上是一种直流调压装置,用来实现软启动、 软停车、实时监测以及各种保护功能.为了保证系统安全可 靠地运行,可以充分发挥单片机的强大控制功能,由主控制 电路对系统的关键器件和关键参数,例如过压、欠压、过流、 过载、 等进行实时监控. 随着数字直流PWM 调压技术的应用, 以及采用高性能的单片机作为系统的控制核心,可以使软启 动器具有控制快速准确、响应快、运行稳定、可靠等优点.

2 三相异步电动机的起动原理 交流三相异步电动机的传统启动技术,如定子串电阻 / 电抗器启动、自耦变压器降压启动、星形 - 三角形降压启动、 转子串电阻或频敏变阻器启动等,在交流电动机启动技术发 展过程中都有过重要应用.但随着晶闸管技术的发展,三相 交流调压软启动器因为具有性能良好、产品多样、电压可连 续调节以及转矩或电流可闭环控制等优点,使得电子软启动 器得到了深入而广泛的发展, 成为软启动市场中的主流产品. 为了研究三相异步电动机的起动时的电压、电流、转矩 等变量的关系,进而分析异步电机起动时的电流、起动转矩 和所外加电压的关系,就要研究电机的数学模型.对于电动 机的软起动而言, 多采用基于集中参数等效电路的数学模型. 在不改变异步电动机定子绕组中的物理量和异步电机的电磁 性能的前提下,经频率和绕组的计算,把异步电动机转子绕 组的频率、 相数、 每相有效串联匝数都归算成和定子绕组一样, 即可用归算过的基本方程式推导出异步电动机的等效电路. 三相异步电动机的 T 形稳态等效电路如图