基于單片機(jī)的交流電機(jī)軟啟動器及其在機(jī)床電力拖動中應(yīng)用

　　眾所周知，三相異步電動機(jī)以其低成本、高可靠性和易維護(hù)等特點，被廣泛應(yīng)用在各個行業(yè)。特別是機(jī)床設(shè)備中，它作為一種主要的動力設(shè)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(dá)額定電流的5～7倍，所以會對電網(wǎng)及負(fù)載造成很大的沖擊，影響了周邊電器的工作，增加了機(jī)械傳動部件的磨損，降低了設(shè)備的壽命。這里所介紹的基于單片機(jī)AT89C5l的三相異步電動機(jī)軟啟動器不但可以解決上述問題，從本質(zhì)上改善交流電動機(jī)的啟動特性，而且具有節(jié)電運行、過流保護(hù)、過載保護(hù)、缺相保護(hù)等功能。

　　1 工作原理及硬件構(gòu)成

　　該軟啟動器的硬件電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1。

　　啟動時（接到啟動指令），從單片機(jī)輸出口產(chǎn)生移相觸發(fā)脈沖，通過控制串接在三相異步電動機(jī)繞組中的雙向晶閘管的導(dǎo)通角α，使之實現(xiàn)斜坡方式減壓啟動。在電機(jī)運行中，實時檢測電機(jī)功率因數(shù)，據(jù)此改變導(dǎo)通角α，實現(xiàn)節(jié)電運行。過流與過載檢測采用常規(guī)電流互感器電路，經(jīng)整流、濾波、放大、A／D轉(zhuǎn)換及隔離后送人單片機(jī)，由軟件完成數(shù)據(jù)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(dǎo)通期間，該電路Vo應(yīng)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(jī)進(jìn)行處理及判斷。

　　相位檢測與同步信號產(chǎn)生電路見圖3。A相電流、電壓信號經(jīng)光耦變?yōu)榉讲ê笏腿氘惢蜷T，定時／計數(shù)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(shù)，電流過零時GATEo變?yōu)榈碗娖?，計?shù)停止。單片機(jī)在GATE。低電平期間讀出計數(shù)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(xiàn)觸發(fā)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(jī)的定時／計數(shù)器T0配合控制l、2、3號晶閘管的導(dǎo)通時刻，通道2與單片機(jī)的定時／計數(shù)器T，配合控制4、5、6號晶閘管的導(dǎo)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(nèi)分別產(chǎn)生相差3．3ms的三個觸發(fā)控制脈沖。

　　啟動（停）指令來自機(jī)床電氣控制系統(tǒng)主控制器，按照加工工藝流程，要求該電動機(jī)啟動（停）時，主控制器會發(fā)出啟動（停）指令，則軟啟動器控制電機(jī)啟動（停）。在機(jī)床設(shè)備中往往需要聯(lián)鎖控制，這樣當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)故障而停機(jī)保護(hù)時，就需向主控制器回饋一個停信號，主控制器隨之可以進(jìn)行聯(lián)鎖控制處理

　　2 控制軟件

　　該軟件的任務(wù)是控制硬件系統(tǒng)自動采集、檢測輸人信號，對輸人數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)，之后進(jìn)人循環(huán)工作過程直至接到停指令或故障停機(jī)。由于有較強(qiáng)功能的硬件電路的配合，使得主程序在每次循環(huán)中都能進(jìn)行故障檢測、電流值采樣顯示、功率因數(shù)角測量、觸發(fā)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?qū)崿F(xiàn)的是1、2、3號晶閘管的觸發(fā)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?qū)崿F(xiàn)的是4、5、6號晶閘管的觸發(fā)脈沖移相與定位控制，其流程圖與圖5、圖6相似。

　　3 結(jié)束語

　　采用單片機(jī)控制的三相異步電動機(jī)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(yè)對設(shè)備的可靠性、生產(chǎn)效率和資源優(yōu)化等方面的要求，具有一定的應(yīng)用價值。

　　參考文獻(xiàn)：

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