基于Intel96的感应电动机起动器

三相交流感应电动机因其结构简单、运行可靠、价格低廉等优点，广泛应用于机械、冶金、纺织、电力以及国防等领域。但是，当感应电动机直接合闸起动时，往往产生高于其额定电流4～7倍的起动电流，特别是大功率电动机，较大的起动电流会严重冲击电网，降低电网共电质量并影响其它设备运行；另外，电动机起动瞬间起动转矩所造成的机械冲击会影响电动机本身及其拖动设备的使用寿命。为此，目前大部分电动机起动时仍使用传统的降压起动设备，如Y-Δ转换器、自耦变压器、串接电阻器或电抗器等。它们虽然在一定程序上缓解了起动电流过大矛盾，但并未在本质上解决冲击问题。而且这些起动设备存在一些固有缺陷，如起动电流不连接，负载适应能力差，故障率高，维修工作量大等。

随着徽电子技术、电力电子技术和控制技术的进步，近年来，一种新型电动机起动设备即软起动器已经研制出来，并不断得到完善。由于软起动器具有优良的起动性能与保护功能，必将得到推广应用，并将逐步取代传统的降压起动设备。本文将介绍笔者所研制的一种基于 Intel196单片机的感应电动机软起动器。这种软起动器可以控制起动电流大小，实现多种软起动方式在起动过程中电动机可以避免对电网和负载的冲击，负载适用能力强；而且还具有过载、断相、短路、过压、欠压等多种保护功能。

1 软起动器的基本原理

本软起动器采和三相平衡调压式主回路[1]，将三对反并联的晶闸管串接于电动机的三相电路上，主电路原理图如图1所示。通过Intel196单片机控制触发角，改变导通程度。由于引入电流负反馈，因而能控制电动机起动电流的大小，实现电动机多种软起动方式。晶闸管主电路还可与接触器并联使用，待起动过程完成后，接触器自动闭合，短接晶闸管，使电动机直接设网运行，以避免晶闸管元件的持续损耗。主电路的晶闸管和接触器并不固定，随系统容量不同可以选用不同的器件。

2 控制系统结构

图2为以Intle 196单片机[2]为核心的控制系统结构图。除Intel196单片机外，还配以电压同步信号，控制信号，电流、电压反馈，断相检测，脉冲调制、放大与隔离，LED显示和接触器接口等多种电路。

2.1 电压同步信号

图3 是电压同步信号电路。来自同步变压器的电压信号，先经电容滤去电网电压的波形畸变，再经比较器转变成方波，送给单片机，以保证触发脉冲与主电路电压同步。二极管起限幅作用，防止比较器因差模电压过大而误动作。因滤波产生的相位移动，必须进行补偿，通常有两种方法：一是调整同步变压器的连接方式如Δ/Y-11，此方式需精确计算滤波电阻与电容值，并与相序有关；二是在程序里用软件补偿，这种方法调整方便，且与相序无关。本起动器采用后者。

2.2 控制信号

控制信号来自控制面板，它包括：最大起动电流和额定电流的设定、起动方式选择、停止方式选择以及起动/停止开关操作。方式选择按钮上有发关指示功能，用软件实现自锁，按钮被先中时相应的指示灯亮。

2.3 电流、电压反馈

电流、电压反馈

软起动器工作时，主要任务是控制主电路的电流，因此要对电流进行监控。本起动器采用霍尔电流传感器，获得的电流信号为微弱交流信号，这样的信号单片机是无法识别的，必须进行处理。处理电路可以采用电流变送方式，即先对电流离散化，再由软件计算得到其效值。这种方法精确度高，实时性好，但在一个周期内要多次采样、计算，占用大量单片机资源，影响其它程序运行。处理电路也可采用整流、滤波、A/D转换的形式，特点是电路简单，占用单片机资源少，但精度稍差，且由于电路中有滤波电容，使信号的变化滞后于实际电流的变化，容易引起系统振荡。本起动器虽然采用后者，但为了克服其缺点，特采用如图4（a）所示的精密整流电路。因为电流传感器的信号很小，若直接用二极管整流会造成较大误差，而采用精密整流电路后，可以克服二极管的死区。同时设计了如图4（b）所示的电容放电电路，每次A/D转换结束后，由单片机输出口给出放电信号，对电容放电，以保证每次采样当前的电流值。电容上实测的电压波形如图4（c）所示。实验结果表明所设计的电路使用效果良好。

另外，电压信号由电源变压器分压获得，经整流滤后送入单片机A/D转换口，得到的数据用于电机的欠压和过压保护[3]。

2.4 断相检测

断相对电动机危害较大的一种故障，为此系统单独设置了断相保护电路。其基本是三相平衡法，断相检测电路如图5所示。

图5中三个电阻星接，在正常三相对称情况下，O点电压为零；若有一相断相，则O点有电压输出。把O点电压整流滤波经A/D转换送给单片机，