异步电动机智能控制硬件设计

石树正 李 杰 戴美魁

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

异步电动机智能控制硬件设计

石树正 李 杰 戴美魁

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

通过对三相交流调压电路以及基于三相交流调压的三相交流异步电动机的软启动方法进行分析，基于三相交流调压的异步电动机软启动系统解决了异步电动机启动时，启动电流过大问题，但存在功率因数低，电流谐波成分大的缺点.提出了以8051单片机为核心智能控制三相交流异步电动机的软启动方法.

软启动；晶闸管；单片机

1 前 言

电动机是工农业生产过程中的重要设备.伴随着社会的飞速发展，电动机在社会生产过程中扮演的角色越来越重要，因而，如何实现电动机的自动化控制，建立稳定、高效的电动机控制系统成为了研究的焦点.电动机的控制主要包括电机的启动、制动以及电动机的调速.本文以基于8051单片机，设计开发了一个异步电动机的软启动智能控制系统.

2 硬件结构

系统中硬件的设计思路是先分析电机定子电压，利用双向晶闸管α角的调节来实现异步电机的软启动.自耦变压器降压启动、串电抗器启动和Y/△转换、延边三角形启动、电阻调节等启动方式比传统的电动机启动方式，其可靠性和方便性更高.其中自耦变压器降压启动的使用设备较复杂；Y/△转换启动方式优点是附加设备少，操作相对简便，缺点是启动电流数值较大，所以可以用在小型电动机启动；延边三角形启动方式的电流也很大.以上几种电机启动方式使得加在定子绕组上的电压得到明显降低了，起到了一定抑制电流的作用，但很多问题依然存在.加大了电动机的启动控制.

使用软启动控制电机的启动，可以实现无触点控制，提高了启动器的安全可靠性和稳定性，使用寿命和控制精度都有了大幅度的提升.同时，软启动功能强大、控制性能稳定，基本不需要维护.利用电子启动器可以节约大量的贵金属材料.软启动器通过编辑程序进行降压启动，在改善电动机启动时对电网的冲击的同时降低了机械冲击力对电动机启动的影响.随着对电动机启动提速的要求，同时是的启动电压增加，电动机加速启动的时间更短.负载及附件电动机启动性能优点显著提高.启动过程升速平滑、无噪声、无振动、无火花，进一步提高了机械传动设备和电动机运行的稳定可靠性和使用寿命.

按上述方案设计的电动机启动控制系统原理图，主回路采用三相对称的△型连接，采用三只双向晶闸管实现调压.同时配有交流接触器，以便在更高电流时切换以节能.由于双向晶闸管不仅能用正脉冲触发，也能用负脉冲触发，故其触发电路可以大大简化，系统由主回路和控制回路两大部分组成.在主回路中，为防止误导通，线路采用两个措施：

每只双向晶闸管两端并接阻容吸收装置，信号灯OD、LD、HD除了做开关接停信号外，并兼做电动机断相能量释放辅助通道，系统的控制回路可由下述各单元电路组成.

2.1 主回路

主电路见图1，由电动机以及双向晶闸管等共同组成了系统的主电路.由于晶闸管具有高效率、快速响应好、无电火花、无杆动部件、寿命时间较长，而且重量轻、体积小等优点.以电力电子器件为主要元器构成的交流电力电子控制单元，是一种很好的弱点控制强电的方式，所以本系统利用了三相平衡调压形式主回路，将三个双向晶闸管串连在交流电动机的三相回路上，用智能化控制器中的自适应触发控制电路控制三只双向晶闸管的导通和截止，通过触发电路的输出改变晶闸管控制角的大小来控制晶闸管的开通程度，利用改变异步电动机定子电枢电压的大小来更好的控制电动机的启制动特性.

主回路采用自动开关DW10-200B作过载，过压短路保护，同时快速熔断器作为过流保护.为防止误导通，双向硅两端并接阻容吸收装置.同时，配接交流接触器，以待负载超过40%In时切换以节约电能.每只双向晶闸管两端并接阻容吸收装置，信号灯OD、LD、HD除了做开关接停信号外，并兼做电动机断相能量释放辅助通道.

图1 主电路 图2 脉冲形成电路

2.2 脉冲形成电路

如图2脉冲形成电路74LS02的2脚接芯片脚，而GA1、KA1和GA2、KA2分别接某一相正反1对晶闸管的触发极和阴极.由于PWM引脚是由软件设置在不断产生一定占空比的脉冲信号，因此如果想在某一时刻触发该相的晶闸管，只要在这个时刻通过软件设置将连接到该电路的HSO引脚置为低电平，并保持一定宽度时间就可以实现.而是正相倒通还是反相倒通，则取决于加在该相晶闸管两端的电源正负了.脉冲变压器采用1∶1∶1三线圈型，二次侧串联一个电阻，既降低晶闸管的维持电流，还可以在这种接有2个晶闸管的三线圈变压器的场合中用来平衡控制极电流，还可以在高噪声电平的场合防止误触发，串联一个二极管，为了在脉冲变压器输出电压瞬变或反相时防止反相控制极电流，并且可以降低晶闸管的维持电流.并联RC回路，为了在感性负载时晶闸管正确换流.

图3 脉冲形成电路 图4 最小系统电路

3 单片机最小系统控制电路

8051最小系统(如图4)是指8051单片机及其外扩一片EPROM.EPROM(2764)的低8位由单片机总线P3.0-P3.7经74LS373锁存器提供高电压，利用接口P4.0-P4.4提供.P3、P4所提供的内容先代表片外存储器的地址总线，当P3和P4共同指出地址后，P3还要成为数据总线，故要用一个地址锁存器来锁存P3第一次提供的状态.8051无片内EPROM，所以必须外接程序存储器，只存放程序和表格.

4 结 语

在深入分析异步电动机软起动控制的各种方法的基础上，对电力电子器件控制的软起动方法进行了深入的研究，闸明了保证触发脉冲有效的同步方式和控制角α的范围.从异步电动机的起动和节能运行考虑，相对与传统的异步电动机给主电路及电机本身带来的不良影响，提出了由单片机为核心的智能软启动控制系统.

[1]朱仁初,万伯任,主编.电力拖动控制系统设计手册[M].北京：机械工业出版社，1991

[2]曲永印,主编.电力电子交流技术[M].北京：冶金工业出版社，2002

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[4]孙笑辉，等.异步电动机直接转矩控制起动方法仿真研究[J]，电气传动，2000,2

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

河北省高等学校科学技术研究青年基金项目，基金号(ZC2016030)

石树正(1984-)，男，讲师，从事机电一体化研究.

TG 33

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