基于DSP的三相异步电机软起动控制器

基于ＤＳＰ的三相异步电机软起动控制器《中小型电机》２００１．２８（６）基于ＤＳＰ的三相异步电机软起动控制器哈尔滨工业大学（１５０００１）王毅赵凯岐徐殿国摘要介绍一种以ＤｓＰ—Ｆ２４０为核心的高性能电机软起动控制器．给出该控制器的主要工作原理，对控制器主要的电路结构及软件程序结构进行了分析，该控制器在保障降低电机起动电流的前提下，具有多种可选功能，能够满足电机在多种负载类型下的平稳可靠起动。

叙词异步电动机晶阐管控制器ＳｏｆｔＳｔａｒｔｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒ３一ＰｈａｓｅＡｓｙｎｃｈｒＯｎｏｕｓＭｏｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＤＳＰＷａｎｇＹｉ，ＺｈａｏＫａｉｑｉ，ＸｕＤｉａｎｇｕｏＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｋｉｎｄｏｆｓｏｆｔｓｔａｒｔｉ“ｇｃ。

ｎｔｒｏｌｌｅｒｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆ。

ｒｍａｎｃｅｂａｓｅｄｏｎＤＳＰ—Ｆ２４０．ｇｉｖｅｓｔｈｅｍａｉｎｗｏｒｋｉ“ｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ａｎｄａｎａｌｙ８ｅｓｉｔｓｋｅｙｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｐｒｏｇｎｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｈａｓｍａｎｙｏｐｔｉｏｎａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｓｏｉｔｃａｎｓｔａｒｔｓｔｅａｄｉｌｙａｎｄｒｅｌｉａｂｌｙｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｌｏａｄｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴｒａｎｓｉｓｔｏｒＡ８ｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＴｒａｒｌｓｉｓｔｏｒｌ刖吾以往【｝Ｉ于技术及器件所限，在普通三帽异步电机的控制方面做的１二作较少，但普通的三相异步电机在整个电机应用领域中占有相当大的比例，因此对其进行适当的控制是十分必要的。

近年来，随着电力电子技术的发展，出现了用十电机起停控制的软起动控制器，其主要作用是降低电机的起动电流，保护电机本身及减小对电网的冲击，另外可根据应用场合、电机的负载情况等设置其下作状态，如具有软起、软停、限流起动、泵控、常能等功能。

现在国外有很多大公ＩＪ在生产这类产品，如罗克韦尔公司、西门子公司等。

而国内在该领域中还处于起步阶段。

本文介绍一种以晶闸管调压电路为主电路，以ＤｓＰ－Ｆ２４０为主控ｃＰｕ的智能型电机软起动摔制器。

２软起动控制器主电路工作原理软起动控制器减小电机起动电流的一般方法是降低电机输入电压，｜太ｆ此通常采用晶闸管调压电王毅１９６６年６月生，１９９６年３月毕业于哈尔滨工业大学理论电工专业，获硕士学位。

从事电力电子方面的研究工作。

路米控制电压的大小，如图１所示，主电路的每图１晶闸管凋压电路相由反并联的两个晶闸管构成。

要实现电机的乎稳起动，需要控制电机的输入电压，使其按某种曲线由小到大逐渐上升，这个目标可以通过按一定时序调整穴只晶闸管的触发角ｎ来实现。

这种电路的凋压实质是对电源电压进行斩波，电机获得的电压是非正弦的，但每相电压的正负半威是对称的。

晶闸管一相的工作波形如同２所示，其巾电阿电压的波形为完整豹正弦波，ｎ为晶闸管的触发角，Ｐ为负戡的功率因数角（或称晶闸管的续流角），口为晶闸管的导通角，几个角度之问的关系为：曰；Ⅱ一ａ＋妒（１）《中小型电机》ｚ００１．ｚ８（６）基于ＤｓＰ的ｉ相异步电机软起动捧制器舻图２・相晶闸管的１：作波形品闸管的输出电压为介于管导通角日问的波形，改变口角的大小，就可以调节电机的输入电Ｊ卡。

ｒ｝ｆ式（Ｄ可以看到，目角与ａ角和Ｐ角都有关，对于恒定的负载阻抗，９角是常犀，必要调整ａ角就可改变晶闸管的输出电压．但电机的功率因数角≯是电机转速的函数，在电机起动过程中，随着转速的提升，功率因数角在４；断变化，斟此，对晶州管触发角ａ的调整要兼顾妒角的变化情况，只有这样。

才能达到使电机输入电压按预定规律变化的目的。

３软起动控制器控制电路工作原理高性能软起动控制器的触发丽步信号取自三柏电源，当某‘相的同步脉冲掰来时就延时触发相应柑的晶闸管，同时要监测电机功率埘数角的变化，计算下一周期的触发角，实施过漉、过热保护等功能，因此系统的中断较多、计算量较大，罔外产品的核心控制器一般采用专用的ｃＰｕ。

本文采用Ｔ１公司的ＤｓＰ—Ｆ２４０作为中央处理器，该芯片是面向电机控制的通用型ＤｓＰ，它具有４个捕获通道．３个普通外部中断，２路多通道１０位Ａ／Ｄ模块．多个内部定时中断及多路ＰｗＭ通道，它的ｃＰｕ时钟叮达到５０ｎｓ。

由于其有这砦特点，它能够满足软起动控制器计算量大、实时性强的要求。

Ｆ面分绍总体的控制原理，如图３所示；图３软起动控制器原理框图图中各部分功能为：（１）三相晶闸管：包括六只普通人功率晶闸管每相由两只硬并联构成，并含有阻容吸收电路。

（２）电压榆测：一方面将ｉ相电源电压的人小，经中间变换电路送入ＤｓＰ的ＡＤ通道，作为故障检测、过压及欠压保护、电压显示等的依据：另一方面，将三相电源的模拟电压转变为方波信号，作为触发二相晶闸管的同步信号。

（３）电流检测：通过电流互感器检测电机的二相电流，将电流信息送入ＤｓＰ中，作为过流保护、电流显示等的依据。

（４）功率因数角检测；将每相晶闸管两端的电压作为运算放火器的差动输入信号，可获得晶闸管两端截止电压信号。

一方面由于此信号的大小与电机的转速相关，可作为临测电机起动状态的依据．如判断电机是否堵转、是否达到额定转速等；另一方面，由于晶闸管的截止时刻具有与电流的截止时刻一致的特点，网此可利用晶削管阿端截止电压的过零点与同步信号过零点问的时间差，测出电机的续流角度，此角度可作为功率困数角的近似值。

由于电机的等效阻抗与电机的转速有关，导致了电机起动过程中功率斟数角的变化，若在电机调压过程中不考虑电机功率因数角变化这一重要因素，会引起电机电流及电磁转矩的振荡，严重地影响电机的起动性能。

（５）触发信号：ｃＰｕ按软起动的凋压要求，以同步信号为基准，发出延时触发信号，用以调整晶闸管的触发角ｎ；触发信号通过光藕与晶闸管相连，或以脉冲串的形式经脉冲隔离变压器与晶闸管相连。

（６）远程控制：现场的电机与操作控制系统可能相距很远，如电机的起动停止操作、多功能选择操作等．可在单独的控制室完成，为此，需要具备远距离信号传输功能，即远程控制功能。

（７）ｒ）ｓＰ—Ｆ２４０：作为整个系统的主控ｃＰｕ，负责信号检测、实时运算、输出控制等功能。

（８）Ｍｃｓ８９ｃ５１：由于系统实时性的要求，一块主ｃＰＵ难以完成所有的运算控制任务．因此增加了一块单片机作为辅助ＣＰｕ，它上要负责键盘管理、信息显示等功能。

另外，还可进行信息的保存，如利用非易失性串形存储器保存需要的预置、累计等信息。

（９）液晶显示：可显示预置信息、故障信息及运行状态，如电压、电流、功率、功率因数等参数。

（１０）键盘输入；可完成顶制电机参数、运行方式、显示方式等任务。

基于ＤＳＰ的＝相异步电机软起动控制器《中小型电机靶００１．２８【６）４软起动控制器软件设计由于软起动控制器ｍ阿＂ｃＰｕ协同工作，并且中断较多．其软件结构非常复杂，下面仅介绍一些主要的程序结构，如图４所示，其中的图（ａ）为（ｅ】图４软件框图ＤｓＰ的主程序框图，主要负责系统管理，如完成故障诊断、系统保护、起停榆测等功能，图（ｂ）为同步触发中断，主要进行电源周期检测及晶闸管触发角的延时控制，图（ｃ）为功率因数角检测中断，负责捕获晶闸管的截ｆＪ：时刻。

井与同步信号相比较，测出功率Ｎ数角，同时自动修正晶闸管的触发角，以便及时地调整电机的输入电堆。

５实验结果利用本文介绍的三相异步电机软起动控制器，分别对电机带恒转矩负载和带泵类负载的起动情况进行了研究，针对软起动控制器的主要性能指标（起动电流）做ｒ测试．图５是对３ｋｗ电机带恒转矩负载时测得的起动电流波形，通过电流的包络线可以看到：电机起动时的电流幅值是电机正常运行时电流幅值的３倍左右，而电动机直接起动时一般可达到５７倍。

３２《ｌ≥境Ｏ捌一ｌ一２—３ｏ｜Ｌ《中小型电机》２００１．２８（６）６ｋＶ嘏空流定于线豳上绝缘引入响机薄膜的研究缘厚度，但线圈的热电寿命值达不到试验标准要求。

作为主绝缘来说，与线芯之间的粘结力应尽可能高一点．薄膜与云母带之间粘台，应尽可能坚实一些，且绝缘之间的热膨胀系数应尽可能接近铜线，这样的电机线圈，无论在制造过程或是在长期运行中均能保持良好的绝缘檗体性能，寿命长，可靠性高。

（上接第１２页）流的暂态过程很短，而且电流的最大值与稳态幅相比增加不大，因此频繁起动电机不会影响电容和电机的寿命，样机已现场运行两年有余，电容未发生故障也证明了这一点。

２）电容值ｆ的人小对上、副相电流的分配彳『很大影响。

３）初级主、副相电流的最大值与合闸时捌有关。

（３）综Ｌ所述．只要选择合适的优良协料，小断改进制造工艺，克服或减缓绝缘膨胀的发生，那么在高压电机定子线圈的上绝缘中引入有机薄膜是完个可“的，共耐热电寿命性能还可望人人提高。

参考文献ｌ中小型电机技术情报，】９７５（４）．收稿日期：２００卜０１１８参考文献１李光友，孟传富等．副绕组串电容的商线感应电动机．微特电机，１９９３（６）：２９～３３．２张越雷，梅柏杉．，ｉ相双Ｙ接整流发电机动态特性的计算机仿真．Ｌ｝｜小型电机，１９９９（４）：１９～２１．３高景德，王祥珩等．交流电机及其系统分析．清华大学出版社，１９９３．收稿日期ｔ２００ｌ—０６一１２（上接第４４页）就地无功补偿的作用。

（２）由Ｊ：软启动器的轻载节能模式对电动机本身的效率的提高与诸多因素有关，且对电动机带来某些不利影响。

如果电动机负载率常低于４０％时，应合理更换电机。

（３）在启动器的节能模式下，晶闸管属长时Ｔ作，本身的损耗不容忽视，需注意散热条件。

在非节能模式下．启动完毕由旁路接触器让晶闸管退出运行．即延｛之了寿命，又减少了晶闸管的发热损耗。

（４）由于多数电动机软启动器只考虑了过流、断相、过压、欠压等保护，而很少采用温度保护，对由于降压而引起电机的局部过热，保护不起作用，应引起重视。

（５）软启动器本身没有短路保护，而节能模式下品闸管义需长时间工作，为保护晶闸管应采用快速熔断器。

参考文献１金哲．仃电技术与节电Ｊ二程．中国电力出版社，１９９９．２孙晓云等模糊算法在异步机固态节能启动器中的应带电工电能新技术．１９９９（３）收稿Ｈ期：２００ｌ—０９—２４（上接第４６两）比单层整距绕组产生的高次谐波电势明显减小，尤其是５次和７次谐波被大幅度减小．故同步发电机电势波彤获得明显的改善。

５结语本文所述的单层短距绕组在电气性能上与双层短距绕组一佯，由十节距相同，线圈的尺寸相阿，方便了绕组制造．简化了嵌线工艺．便Ｊ：实现嵌线的自动化。

同时对异步电动机的机械特性和同步发电机的电势波形都有明最的改善。

这种单层短节距绕组在简化异步电动机制造工艺上具有很高的实用价值。

参考文献ｌ彭友元．电机绕组手册．辽宁科学与技术出版｛上．１９９５．２场蕴球．电＃【理论与运行．水利电力出版社，１９８３收稿日期：２００ｌ—０３—２９。