专利名称：异步电动机软启动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及利用可控硅对三相交流异步电动机进行电压调节的控制技术，用于异步电动机的软启动控制，既对电网无谐波干扰，又能保证电动机平稳运行。
背景技术：
传统的异步电动机降压启动方式有Y-Δ转换降压启动、自耦变压器降压启动、定子回路串接电阻器降压启动等，虽各有其优点和实用性，但已逐步被新型的电子式软启动方式所取代。目前常用的异步电动机软启动控制器多采用可控硅移相触发方式，通过控制可控硅的触发角β来改变单位时间内的电压平均值，实现对电动机电源电压的无级控制。
但采用移相触发的软启动控制器在克服了各种传统降压启动方式的缺点的同时，恰恰也丢掉了传统降压启动方式的一个共同优点——对电网没有谐波干扰(污染)。因为移相触发方式直接导致了电源波形的畸变，使原正弦波形变成了非正弦波形。
可控硅有两种触发方式——移相触发和过零触发。而可控硅过零触发方式恰恰可以避免电源波形的畸变，使电网免受谐波污染。它可通过控制可控硅的导通周期数，来改变单位时间内的电压平均值，实现对电动机电源电压的控制，且电动机端所得到的电压波形均为完整的正弦波。其调压比计算公式为 n1、n2均为自然数，且n1≤n2但是，在可控硅的非导通周期(n2-n1区间)，电动机是靠惯性继续旋转的(这与移相触发控制方式中的0～β区间是一样的)。若为了得到某个调压比K值而使非导通周期太长(如n2-n1≥3个周期)，将导致电动机间断性旋转(冲动)，甚至停转，严重时会烧坏电动机。
发明内容
为保证异步电动机在调压过程中既不发生电压波形畸变，又能平稳运行，本实用新型提出了一种改进型可控硅过零触发技术，能够很方便地实现调压控制目的。
本实用新型的技术方案是首先对过零触发方式的调压比计算公式进行改进，引入一个新的定义——导通半周期比Kh，其调压比计算公式为 n为自然数式(2)中，n可取2、3、4……100(即1个周期、1.5个周期、2个周期……50个周期)，相应地，则Kh＝1/2(＝50％)、2/3(＝66.7％)、3/4(＝75％)……99/100(＝99％)。也就是说，不管Kh(或n)值取多少，可控硅在一个单位时间内的非导通时间总是只有半个周期(即π，对于工频50Hz交流电源，即为10ms)，这就使电动机的间断性旋转间隔达到最小，有效地保证了电动机的平稳运行。可见，通过控制n值，即可控制Kh值，得到所需要的控制电压值，实现电动机的软启动控制。
其次，为扩大调压范围(上式中Kh的取值仅为50％～100％)，并减小调压级差(上式中Kh在75％以下的分级仅有50％、66.7％两级)，本实用新型进一步通过控制可控硅过零触发单元的门控信号的宽度，使电动机的间断性旋转间隔可以在π、4π/3、5π/3三档中选择。
于是，调压比计算公式可进一步改为 n为自然数，X分别取π、4π/3、5π/3调压比Kh值还可得到33.3％、44.4％、55.6％、58.3％、72.2％等各级(75％以上还可分得更多更细)。这样，既扩大了调压范围(33.3％～100％)，又减小了级差，完全能满足实际应用的需要。
本实用新型所采用的技术解决方案是软启动控制器主要由微处理器(可以是单片机、或可编程序控制器PLC、或数字信号处理器DSP)、双向可控硅及其过零触发器、电流反馈环节、LCD显示屏、交流接触器、若干按键和指示灯等组成。电动机的三相电源线各串接一只双向可控硅，采用公式(3)所示的过零触发方式，通过控制单位时间内可控硅的导通半周期，实现对电动机输入电压的控制；电流反馈环节由霍尔电流变送器及A/D转换器组成，霍尔电流变送器可将电动机主回路的输入交流电流按比例转换为0～5V直流电压信号，再经A/D转换器将模拟电压转换为数字信号提供给微处理器(考虑到异步电动机为对称三相负载，故只检测其中的任一相电流即可)；LCD显示用于显示预置的和当前的电动机运行参数；按键、指示灯用于预置(显示)电动机的运行参数及工作状态，并控制电动机启停。交流接触器用于电动机启动完成后切换掉双向可控硅，使电动机全压运行。
软启动控制系统工作过程首先，根据电动机负载情况和工作要求，用预置按键选择启动曲线、设置运行参数(LCD显示屏可同时显示启动曲线代号和运行参数)，然后，按下启动按键，电动机开始启动，微处理器根据预置的运行参数和实测的反馈参数，控制双向可控硅的导通半周期比Kh，从而控制电动机的输入电压和转速。待软启动结束时，自动合上交流接触器，切换掉双向可控硅，电动机全压运行。
本实用新型的有益效果是①可以在电压波形不发生畸变、不产生谐波干扰的情况下，保证电动机平稳运行，在异步电动机软启动控制中的应用效果优于移相触发方式和常规的过零触发方式。
②在本软启动控制器的基础上增加一个速度反馈环节，还可用于异步电动机的调压调速控制。
③本软启动控制器结构简单、控制方便、性能良好、工作可靠。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型的结构原理框图。控制器由微处理器(1)、双向可控硅(2)及其过零触发器(3)、LCD显示屏(4)、若干按键(5)和指示灯(8)、电流反馈环节(6)、交流接触器(7)等部分组成，控制对象为异步电动机(9)。
图2为本实用新型的一个实施例中双向可控硅及其过零触发器控制电路图(图中仅画出了A相电路连线)。
图3为过零触发器门控信号波形图(对应图2中P3.0处的控制信号)。图中T为一个单位时间，Ton为单位时间内的控制门开启时间，Toff为单位时间内的控制门关闭时间。
具体实施方式
参见图2，本实用新型选用MOTOROLA公司的MOC3041系列过零检测光电耦合双向可控硅驱动器作为主双向可控硅TRIAC的过零触发器，该过零触发器具有与输入信号同步、强弱电光电隔离、输出脉冲可控的功能，使用非常简单可靠。主双向可控硅TRIAC1的两极与A相电源电路的交流接触器JC触点并联，其控制极与MOC3041的引脚4相连。MOC3041的门控信号由微处理器(本实施例中为单片机AT89C52)的一个输入/输出引脚P3.0提供，当P3.0为低电平时，经一驱动器7407A使MOC3041的引脚2为低电平，内部发光二极管导通，过零触发脉冲可提供给主双向可控硅TRIAC1的控制极，使TRIAC1导通，电动机A相电源接通；当P3.0为高电平时，内部发光二极管截止，过零触发脉冲无法提供给TRIAC1，故TRIAC1截止，电动机A相电源断开。
在对微处理器进行编程时，预先将Kh与T、Ton的对应值存入存储器。工作时，根据所需要的Kh值，通过查表程序求出与之对应的T、Ton值，再调用定时器子程序，使P3.0引脚的输出电平随着T、Ton值变化，即可使电动机得到所需要控制电压值。
权利要求1.一种异步电动机软启动控制器，其特征是软启动控制器由微控制器(1)、双向可控硅(2)及其过零触发器(3)、LCD显示屏(4)、按键(5)和指示灯(8)、电流反馈环节(6)、交流接触器(7)等组成，微控制器(1)的一个输出引脚与过零触发器(3)的门控信号连接，过零触发器(3)的输出信号与双向可控硅(2)的控制极连接。
2.根据权利要求1所述的异步电动机软启动控制器，其特征是异步电动机(9)的三相电源线上各连接一个双向可控硅(2)。
专利摘要一种采用可控硅调压控制技术的异步电动机软启动控制器，通过改进可控硅过零触发的调压比公式和控制可控硅触发器的门控信号，实现对电动机启动电压的控制，既对电网无谐波干扰，又能保证电动机平稳运行。控制器由微处理器(1)、双向可控硅(2)及其过零触发器(3)、LCD显示屏(4)、若干按键(5)和指示灯(8)、电流反馈环节(6)、交流接触器(7)等部分组成，控制对象为异步电动机(9)。
文档编号H02P1/28GK2704965SQ20042003509
公开日2005年6月15日 申请日期2004年2月11日 优先权日2004年2月11日
发明者覃伟年, 罗文广, 李勇 申请人:广西工学院