关键词：软启动 节能 保护 控制
许多电动机的损坏，其中重要原因之一就是因为电动机的启动电流过大（可达到额定电流的7～8倍），因此在经常使用电动机的部门和场合推行软启动技术具有十分重要的意义。本文所讨论的软启动控制器主要是用嵌入式系统，辅以其他芯片，解决电动机的软启动问题，兼能实现过流、缺相、相序不正确等保护和故障显示的功能，而且在启动后自动短路晶闸管，使电动机和电网相连，实现节能和提高运行效率目的。
1 软启动原理
软启动的实质是一种降压启动，与“Y－△”启动和自耦降压启动的原理是一样的，不同的是软启动采用了无触点电子开关控制电压，其电压平稳上升，而不是突变。
软启动的基本原理就是：利用晶闸管的开关特性将三对反并联的晶闸管串接到电动机的三相电路上，通过调节晶闸管的触发角的大小来改变晶闸管的开通程度，从而控制了输出到电动机的电压的大小，达到控制电动机的启动特性的目的。而当电动机启动过程完毕后，软启动控制器就会控制交流接触器吸合，短路掉所有的晶闸管，使电动机直接连接到电网上，这样可以达到节能目的。
如图1所示，在确定晶闸管的触发角的大小前，先要得到电网的同步信号和设置的启动方式等，然后通过这些信息去确定触发角的变化规律。
2 软启动控制器的启动方式
软启动控制器是事先设定好控制程序，当控制器收到启动指令后，便进行相关计算确定晶闸管的触发信号，从而控制晶闸管按照软启动控制器设定的方式，输出相应的电压控制电动机的启动。
启动方式：电压斜坡软启动方式、限流软启动方式、电压控制方式、转矩启动方式、转矩加突跳控制方式。
2．1 电压斜坡软启动方式
如图2所示，这种方式要先设定电压控制的启动电压U0和加速斜坡的斜率。在电机启动后，控制器的输出电压会很快升高，当达到控制器设定的启动电压U0，电机的输出电压就会按照设定的加速斜坡的斜率开始线性增加，直到等于电网电压，则这时交流接触器就会吸合，启动过程结束。
这种方式的启动电压U0和斜坡斜率都可以根据用户自己的情况设定。
2．2 限流软启动方式
这种启动方式要先设定一个限流值Im，电动机启动后，电流迅速增大，当达到设定的限流值Im，软启动控制器就一方面保证输出电流不再增大，另一方面渐渐增大晶闸管的触发角。
其中限流值Im可以根据用户电网容量和电动机的负载情况而设定，该值的设定范围在电动机额定电流的40％～400％。
2．3 电压控制方式
电压控制启动方式主要用在轻载启动的场合，在保证启动压降下发挥电动机的最大启动转矩，尽可能的缩短启动时间，是最优的轻载启动方式。
2．4 转矩启动方式
这种方式是将电动机的启动转矩从小到大线性上升，因此启动平滑，主要用在重载的情况下。
2．5 转矩加突跳控制方式
与转矩启动方式相比，不同的是在启动的瞬间用突跳转矩克服电动机的静转矩，然后转矩平滑上升，缩短启动时间。
3 软启动控制器的系统组成与工作原理
3．1 硬件组成
本系统采用89C51单片机作为核心部分，辅以AD0809和74HC164以及74HC273、X25045等芯片，主要包括同步信号检测、电流检测、参数设置、过压欠流检测、触发脉冲输出等部分。硬件结构图大致如图4所示。
其主要工作原理是：
（1）首先由同步检测环节得到三相电压的同步信号，并且在这一环节可以判断出电网是否缺相和相序不正确，一旦有问题就会有故障显示，软启动就不会进行。得到的同步信号送到单片机，作为晶闸管门极触发信号的同步信号。
（2）用AD0809采样电机的工作电流，作为限流工作方式的参考量。
（3）用按键选择启动方式：如果选择电压斜坡软启动方式则还要输入启动电压U0和加速斜坡的斜率；选择限流启动方式则还要输入限流值Im。其他的方式也要相应的输入启动参数。
（4）根据各个周期触发角增量的计算结果，从单片机的端口输出6个触发脉冲，6个触发信号依次滞后60°，触发脉冲要经过光电隔离器，三极管。光电隔离器用来提高系统抗干扰能力以及保护电机，三极管用来增大驱动电流。
（5）当晶闸管的导通程度达到最大的时候，电动机就进入正常运转，这时可以使中间继电器动作，吸合交流接触器，晶闸管被短路，电动机直接和电网连接，达到节能的目的。
（6）该装置还有看门狗定时器和电压监控功能，这主要是通过X25045芯片来实现的。另外X25045还能实现把用户设定的启动电压U0和加速斜坡的斜率，以及限流值Im记忆保存，保证复位后设定的参数仍然不丢失。
此外，在电动机运行过程中，可以进行过流、缺相、相序不正确等的相应保护，并且在出现故障时，可以实现软停车。
3．2 软件设计
本系统软件包括系统初始化、键盘处理、参数修改和设定、AD转化、同步信号的输入、脉冲信号的输出、参数和故障显示。用户可以根据自己负载特性选择启动控制方式，在操作键盘设置合适的启动参数，系统根据设定的参数，通过感测、比较，不断地向晶闸管发出控制信号，从开始启动到启动结束，整个过程由系统自动完成。如图5所示，首先进行电网电源判断，是否缺相或者乱序，如果正常则进行键盘处理程序。如果要修改和重新设置参数，则先进行参数设置，之后按动启动键，电动机就可以启动，在启动过程中，不断地采样电动机的电流，有没有过流。当晶闸管的导通程度最大时，吸合交流接触器，短路晶闸管，电动机和电网直接连接，启动结束。
4 结束语
智能软启动是用嵌入式系统控制晶闸管的触发角，从而控制电动机的启动电压的，这是其他的传统启动方法无法比拟的，既能保证在负载要求的启动特性下平滑启动，降低对电网的冲击，又能保证电动机的可靠启动，具有过流、缺相、相序判断等保护，并可节能。本装置经过现场调试，运行良好，较好地实现了电动机的软启动和故障保护功能。随着嵌入式系统的发展，希望有更优良的保护装置出现，这还有待广大工作者在理论和实践上做进一步的探索。
