基于單片機的交流電機軟啟動器及其在機床電力拖動中的應用

0 引言
　　眾所周知，三相異步電動機以其低成本、高可靠性和易維護等特點，被廣泛應用在各個行業。特別是機床設備中，它作為一種主要的動力設備，常常用來拖動主軸、工作臺、冷卻泵、油泵等裝置。但是它在直接啟動時，由于啟動電流高達額定電流的5～7倍，所以會對電網及負載造成很大的沖擊，影響了周邊電器的工作，增加了機械傳動部件的磨損，降低了設備的壽命。這里所介紹的基于單片機AT89C5l的三相異步電動機軟啟動器不但可以解決上述問題，從本質上改善交流電動機的啟動特性，而且具有節電運行、過流保護、過載保護、缺相保護等功能。
1 工作原理及硬件構成
　　該軟啟動器的硬件電路結構框圖如圖1。

　　啟動時（接到啟動指令），從單片機輸出口產生移相觸發脈沖，通過控制串接在三相異步電動機繞組中的雙向晶閘管的導通角α，使之實現斜坡方式減壓啟動。在電機運行中，實時檢測電機功率因數，據此改變導通角α，實現節電運行。過流與過載檢測采用常規電流互感器電路，經整流、濾波、放大、A／D轉換及隔離后送人單片機，由軟件完成數據處理及判斷。缺相檢測采用同時檢測三相電源的方法以判斷缺相故障。每相檢測電路如圖2所示。在晶閘管導通期間，該電路Vo應輸出高電平信號，否則該相缺相（電流為零）。各相的檢測信號也送入單片機進行處理及判斷。

　　相位檢測與同步信號產生電路見圖3。A相電流、電壓信號經光耦變為方波后送入異或門，定時／計數器8253的通道0（工作于方式2）用于檢測A相電壓與電流的相位差，電壓過零時門控端GATE0得到高電平，開始計數，電流過零時GATEo變為低電平，計數停止。單片機在GATE。低電平期間讀出計數值則可得到電壓電流相位差。由8253的通道l、2（工作于方式5）延時實現觸發脈沖的移相控制，A相電壓過零為同步信號啟動定時。通道l與單片機的定時／計數器T0配合控制l、2、3號晶閘管的導通時刻，通道2與單片機的定時／計數器T，配合控制4、5、6號晶閘管的導通時刻，T0、T1定時時間均為3．3ms，它是利用前一次定時中斷啟動下一次定時，而在一周期內分別產生相差3．3ms的三個觸發控制脈沖。

　　啟動（停）指令來自機床電氣控制系統主控制器，按照加工工藝流程，要求該電動機啟動（停）時，主控制器會發出啟動（停）指令，則軟啟動器控制電機啟動（停）。在機床設備中往往需要聯鎖控制，這樣當電動機出現故障而停機保護時，就需向主控制器回饋一個停信號，主控制器隨之可以進行聯鎖控制處理
2 控制軟件
　　該軟件的任務是控制硬件系統自動采集、檢測輸人信號，對輸人數據進行判斷與處理，按要求輸出所需的控制信號。主程序流程圖如圖4所示。接到啟動指令后首先啟動電機，之后進人循環工作過程直至接到停指令或故障停機。由于有較強功能

的硬件電路的配合，使得主程序在每次循環中都能進行故障檢測、電流值采樣顯示、功率因數角測量、觸發脈沖移相和輸出控制，因此做到了控制迅速，采樣、故障診斷兩不誤。INTo與To中斷程序實現的是1、2、3號晶閘管的觸發脈沖移相與定位控制，其流程圖見圖5、圖6。INT1與T1中斷程序實現的是4、5、6號晶閘管的觸發脈沖移相與定位控制，其流程圖與圖5、圖6相似。


3 結束語
　　采用單片機控制的三相異步電動機軟啟動器具有功能完善、運行可靠、使用方便、成本低廉等特點，滿足了企業對設備的可靠性、生產效率和資源優化等方面的要求，具有一定的應用價值。