低諧波軟啟動(dòng)器的研究

李常青+滕曉菲+楊少杰+孫旭鴻+鄭崇偉

摘 要： 設(shè)計(jì)一種軟啟動(dòng)器，以可控硅做主控元件，單片機(jī)控制軟啟動(dòng)策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)。STM32系列微控制器通過(guò)控制可控硅導(dǎo)通的周期波數(shù)，進(jìn)而改變異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電壓的平均值，從而減少啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。同時(shí)進(jìn)行相位檢測(cè)，確定啟動(dòng)電流的過(guò)零觸發(fā)，克服了一般軟啟動(dòng)器產(chǎn)生嚴(yán)重諧波污染的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 軟啟動(dòng)器； 可控硅； 異步電動(dòng)機(jī)； 過(guò)零檢測(cè)

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）07?0107?03

Research on low harmonic soft starter

LI Chang?qin， TENG Xiao?fei， YANG Shao?jie， SUN Xu?hong， ZHENG Chong?wei

（College of Physics and Electronic Information Engineering， Wenzhou University， Wenzhou 325035， China）

Abstract： A soft starter which takes SCR as master element and single?chip for the soft?start control is designed to achieve soft?start of the asynchronous motor. The average value of the startup voltage of asynchronous motors can be changed by the series of STM32 microcontroller according to the periodic wave number generated by controlling the breakover of SCR， so as to achieve asynchronous motor soft?start and reduce the starting current impact of grid. While detecting phase， it always determines the zero trigger of starting current. It overcame the serious harmonic pollution caused by soft starter.

Keyword： soft starter； SCR； asynchronous motor； zero?cross detection

0 引 言

交流異步電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的電流過(guò)大，會(huì)引起電網(wǎng)電壓下降，而且會(huì)產(chǎn)生很多的諧波，這直接影響電網(wǎng)供電和其他設(shè)備運(yùn)行，所以需要設(shè)計(jì)一種低諧波的軟啟動(dòng)器。傳統(tǒng)意義上的降壓?jiǎn)?dòng)方式雖然能在一定范圍內(nèi)減小啟動(dòng)時(shí)的大電流，但不能完全消除由電機(jī)啟動(dòng)時(shí)切換所帶來(lái)的沖擊[1?2]。軟啟動(dòng)實(shí)質(zhì)上是根據(jù)軟啟動(dòng)設(shè)備控制晶閘管的導(dǎo)通角的調(diào)控，使電機(jī)輸入定子繞組上的電壓由一初值逐漸上升，慢慢上升至電機(jī)全電壓，這時(shí)啟動(dòng)結(jié)束，相較于其他降壓?jiǎn)?dòng)方式，可以明顯的發(fā)現(xiàn)，電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩更小、啟動(dòng)電流變小、啟動(dòng)時(shí)間變短等優(yōu)勢(shì)，提高了電機(jī)設(shè)備的安全性能和電網(wǎng)質(zhì)量[3?4]。本文提出一種新的軟啟動(dòng)的控制思想和方法，以STM32F103RBT6單片機(jī)為控制核心，采用雙向可控硅為主控器件控制電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)通的周波數(shù)，控制方式方便簡(jiǎn)單，利于操作，且易于移植，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能影響小。

1 低諧波軟啟動(dòng)器的控制原理

低諧波軟啟動(dòng)器的控制思想主要是將晶閘管的調(diào)壓技術(shù)應(yīng)用到異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制中，面對(duì)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)具有大電流的基礎(chǔ)上，再近一步優(yōu)化，通過(guò)單片機(jī)控制可控硅的導(dǎo)通周波數(shù)，而不是對(duì)可控硅的觸發(fā)角進(jìn)行增減，這種方式可有效地消除由于可控硅移相所產(chǎn)生的諧波[5]。低諧波軟啟動(dòng)器的總體系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 低諧波軟啟動(dòng)器總設(shè)計(jì)框圖

電流諧波總畸變率THD（Total Harmonic Distortion）定義為：

[THD=IhI1×100%]

式中[Ih]為總諧波電流有效值[6]。

具體來(lái)說(shuō)，利用單片機(jī)控制晶閘管的周波數(shù)的軟啟動(dòng)方式比硬啟動(dòng)方式減小了電機(jī)的啟動(dòng)電流，比控制晶閘管的導(dǎo)通角的軟啟動(dòng)方式降低了啟動(dòng)時(shí)的電流諧波?？刂凭чl管的周波數(shù)啟動(dòng)時(shí)，致使前面的幾個(gè)交流電的半個(gè)周期能導(dǎo)通，隨后慢慢的導(dǎo)通，這樣既能實(shí)現(xiàn)降低啟動(dòng)電流的效果，又能有效地減少電流諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。

2 低諧波軟啟動(dòng)器的硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)電動(dòng)機(jī)導(dǎo)通整數(shù)個(gè)周期波或半周期波時(shí)產(chǎn)生的電流諧波的分析，本文設(shè)計(jì)了低諧波軟啟動(dòng)器的硬件電路，主要包括檢測(cè)交流供電電壓過(guò)零時(shí)的電壓過(guò)零檢測(cè)電路和STM微控制器及其外圍電路組成的驅(qū)動(dòng)可控硅導(dǎo)通的控制電路。

2.1 過(guò)零檢測(cè)電路

在整個(gè)設(shè)計(jì)中必須設(shè)計(jì)過(guò)零脈沖產(chǎn)生電路，這一部分電路最重要的作用是在每個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)同步脈沖信號(hào)，保證交流電壓的控制脈沖和可控硅導(dǎo)通電壓的相位完全一致，便于微控制器對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器監(jiān)控。一般設(shè)計(jì)該種檢測(cè)電路的思路是采用同步變壓器，雖然這種方式也能實(shí)現(xiàn)與電源的同步，但是電源相電壓要先過(guò)零比較后再合成，過(guò)程會(huì)比較繁瑣，靈活性差。同時(shí)同步變壓器的價(jià)格相對(duì)較高、體積偏大，成本很高，不利于市場(chǎng)的推廣和使用。綜上因素，本電路采用光耦合器取代同步電壓器，它具有電氣隔離好、體積小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。檢測(cè)電路如圖2所示。

圖2 電壓過(guò)零檢測(cè)電路

圖2中光耦TLP181起到隔離強(qiáng)弱電的作用，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的交流電壓先經(jīng)過(guò)雙端穩(wěn)壓后，再經(jīng)過(guò)整流，輸入到光耦合器中，[R7、][R8、][R9]均是限流電阻，[R5]作為上拉電阻，[R6]電阻將電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，當(dāng)輸入電壓低于一定值時(shí)CE端不導(dǎo)通，simple端輸出低電平，反之相反，從而確定出電壓過(guò)零的時(shí)刻。輸入的交流電先穩(wěn)壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路，得到直流電壓，該電壓與晶體管的導(dǎo)通電壓相比較，便可使晶體管的集電極上得到過(guò)零的脈沖電壓波形。采用光耦TLP181作為電路的開關(guān)元件，主要原因是電壓過(guò)零時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)準(zhǔn)確和隔離高低壓效果好，能嚴(yán)格確保交流電與脈沖信號(hào)的同步的時(shí)序關(guān)系。

2.2 驅(qū)動(dòng)電路

另一部分的組成部分是由兩相異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路，其控制的核心是單片機(jī)。由于采用了先進(jìn)的ARM微控制器STM32F103RBT6和驅(qū)動(dòng)可控硅芯片MOC3038，32位微控制器STM32F103RBT6以它低能耗、高穩(wěn)定性而備受青睞，片內(nèi)附有可反復(fù)擦寫的FLASH 128 B和20 B的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）。STM32F103RBT6有64個(gè)引腳，12位的A/D，4個(gè)16位定時(shí)器和3路USART通信口等多種資源，時(shí)鐘頻率最高可達(dá)72 MHz。

該部分電路主要用于驅(qū)動(dòng)輸出，使得異步電機(jī)的輸出的啟動(dòng)電流緩慢減小，并且輸入的電網(wǎng)電壓無(wú)諧波的目的。電路由雙向可控硅BTA100，電阻[R1、][R2、][R3、][R4，]晶體管[Q2，]電容[C1，]驅(qū)動(dòng)芯片MOC3038等組成。其中這些電阻起到限流的作用，晶體管用于產(chǎn)生高低電平，從而使芯片MOC3038工作，其包含一個(gè)砷化鎵紅外光二極管和一個(gè)單片硅探測(cè)器，能實(shí)現(xiàn)電壓零交叉光隔離雙向可控硅的功能。這個(gè)芯片一般作為分立式功率雙向可控硅應(yīng)用在接口上用于連接邏輯系統(tǒng)與工作在240 V交流線路的設(shè)備上。電容[C1]起耦合和濾波的作用。具體電路如圖3所示。

圖3 驅(qū)動(dòng)電路

交流異步電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)需要隨著電極轉(zhuǎn)速的升高而不斷改變雙向晶閘管的觸發(fā)角，其中包含相位檢測(cè)電路，根據(jù)啟動(dòng)時(shí)電流的相位差，調(diào)整觸發(fā)相角。而晶閘管的觸發(fā)角需要驅(qū)動(dòng)雙向晶閘管的MOC3038所發(fā)出的脈沖來(lái)控制。通過(guò)STM32單片機(jī)觸發(fā)控制MOC3038，即可控制MOC3038發(fā)出所需要的脈沖，單片機(jī)的Phase_control端控制雙向可控硅的導(dǎo)通狀態(tài)來(lái)減少啟動(dòng)中諧波對(duì)電路或電網(wǎng)的污染?？煽毓鑼?dǎo)通的周期數(shù)由單片機(jī)控制，單片機(jī)取過(guò)零脈沖產(chǎn)生電路的上升沿觸發(fā)?？刂齐p向晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間由單片機(jī)中的程序設(shè)置。

3 低諧波軟起動(dòng)器的軟件框架

主程序主要完成的是系統(tǒng)初始化與自我故障檢測(cè)、軟啟動(dòng)故障的檢測(cè)、導(dǎo)通周波數(shù)的控制、晶閘管觸發(fā)角的控制等任務(wù)。程序一上電就初始化后，經(jīng)過(guò)一些自檢和無(wú)故障檢測(cè)后，選擇電子軟起動(dòng)的方式，同時(shí)結(jié)合降壓控制方式，采用控制導(dǎo)通周波數(shù)的的方式，周波數(shù)的設(shè)置可以視實(shí)際情況而定。最后，通過(guò)對(duì)晶閘管的相位調(diào)節(jié)，迅速降低異步電極的啟動(dòng)電流電壓，同時(shí)克服電子式軟起動(dòng)器中的諧波污染，避免了可控硅移相觸發(fā)產(chǎn)生嚴(yán)重的低次諧波。流程如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

4 仿真結(jié)果與討論

在沒(méi)有單片機(jī)控制電機(jī)的硬啟動(dòng)中測(cè)試輸入端的電壓[Ui]和電流[Ii，]所得的波形如圖5所示，雖然啟動(dòng)過(guò)程中電流諧波幾乎為0，但是啟動(dòng)電流已超過(guò)工作電流10倍多，增大了啟動(dòng)電流，對(duì)電機(jī)及外圍電路產(chǎn)生嚴(yán)重沖擊。

圖5 不加控制的電壓電流波形

針對(duì)實(shí)際的功率為7.5 kW，功率因數(shù)為0.88，啟動(dòng)初始功率因數(shù)約為0.35的異步電機(jī)測(cè)試時(shí)，控制電機(jī)啟動(dòng)的是周期波數(shù)，測(cè)得軟啟動(dòng)電流小于硬啟動(dòng)電流的[13，]啟動(dòng)時(shí)間為20 s，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程，啟動(dòng)電流總諧波約為5%。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜合軟啟動(dòng)技術(shù)和異步電機(jī)的特性，設(shè)計(jì)一種基于STM32F103RBT6單片機(jī)的異步電機(jī)軟啟動(dòng)裝置，從硬件電路和軟件程序兩個(gè)方面來(lái)分析，最終通過(guò)控制可控硅導(dǎo)通的周波數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)的軟啟動(dòng)。該方法能夠減小異步電機(jī)的啟動(dòng)電流，并同時(shí)能夠避免低次諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。

參考文獻(xiàn)

[1] 張潤(rùn)祥.無(wú)諧波異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的設(shè)計(jì)[J].船電技術(shù)，2006（2）：31?34.

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圖2 電壓過(guò)零檢測(cè)電路

圖2中光耦TLP181起到隔離強(qiáng)弱電的作用，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的交流電壓先經(jīng)過(guò)雙端穩(wěn)壓后，再經(jīng)過(guò)整流，輸入到光耦合器中，[R7、][R8、][R9]均是限流電阻，[R5]作為上拉電阻，[R6]電阻將電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，當(dāng)輸入電壓低于一定值時(shí)CE端不導(dǎo)通，simple端輸出低電平，反之相反，從而確定出電壓過(guò)零的時(shí)刻。輸入的交流電先穩(wěn)壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路，得到直流電壓，該電壓與晶體管的導(dǎo)通電壓相比較，便可使晶體管的集電極上得到過(guò)零的脈沖電壓波形。采用光耦TLP181作為電路的開關(guān)元件，主要原因是電壓過(guò)零時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)準(zhǔn)確和隔離高低壓效果好，能嚴(yán)格確保交流電與脈沖信號(hào)的同步的時(shí)序關(guān)系。

2.2 驅(qū)動(dòng)電路

另一部分的組成部分是由兩相異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路，其控制的核心是單片機(jī)。由于采用了先進(jìn)的ARM微控制器STM32F103RBT6和驅(qū)動(dòng)可控硅芯片MOC3038，32位微控制器STM32F103RBT6以它低能耗、高穩(wěn)定性而備受青睞，片內(nèi)附有可反復(fù)擦寫的FLASH 128 B和20 B的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）。STM32F103RBT6有64個(gè)引腳，12位的A/D，4個(gè)16位定時(shí)器和3路USART通信口等多種資源，時(shí)鐘頻率最高可達(dá)72 MHz。

該部分電路主要用于驅(qū)動(dòng)輸出，使得異步電機(jī)的輸出的啟動(dòng)電流緩慢減小，并且輸入的電網(wǎng)電壓無(wú)諧波的目的。電路由雙向可控硅BTA100，電阻[R1、][R2、][R3、][R4，]晶體管[Q2，]電容[C1，]驅(qū)動(dòng)芯片MOC3038等組成。其中這些電阻起到限流的作用，晶體管用于產(chǎn)生高低電平，從而使芯片MOC3038工作，其包含一個(gè)砷化鎵紅外光二極管和一個(gè)單片硅探測(cè)器，能實(shí)現(xiàn)電壓零交叉光隔離雙向可控硅的功能。這個(gè)芯片一般作為分立式功率雙向可控硅應(yīng)用在接口上用于連接邏輯系統(tǒng)與工作在240 V交流線路的設(shè)備上。電容[C1]起耦合和濾波的作用。具體電路如圖3所示。

圖3 驅(qū)動(dòng)電路

交流異步電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)需要隨著電極轉(zhuǎn)速的升高而不斷改變雙向晶閘管的觸發(fā)角，其中包含相位檢測(cè)電路，根據(jù)啟動(dòng)時(shí)電流的相位差，調(diào)整觸發(fā)相角。而晶閘管的觸發(fā)角需要驅(qū)動(dòng)雙向晶閘管的MOC3038所發(fā)出的脈沖來(lái)控制。通過(guò)STM32單片機(jī)觸發(fā)控制MOC3038，即可控制MOC3038發(fā)出所需要的脈沖，單片機(jī)的Phase_control端控制雙向可控硅的導(dǎo)通狀態(tài)來(lái)減少啟動(dòng)中諧波對(duì)電路或電網(wǎng)的污染?？煽毓鑼?dǎo)通的周期數(shù)由單片機(jī)控制，單片機(jī)取過(guò)零脈沖產(chǎn)生電路的上升沿觸發(fā)。控制雙向晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間由單片機(jī)中的程序設(shè)置。

3 低諧波軟起動(dòng)器的軟件框架

主程序主要完成的是系統(tǒng)初始化與自我故障檢測(cè)、軟啟動(dòng)故障的檢測(cè)、導(dǎo)通周波數(shù)的控制、晶閘管觸發(fā)角的控制等任務(wù)。程序一上電就初始化后，經(jīng)過(guò)一些自檢和無(wú)故障檢測(cè)后，選擇電子軟起動(dòng)的方式，同時(shí)結(jié)合降壓控制方式，采用控制導(dǎo)通周波數(shù)的的方式，周波數(shù)的設(shè)置可以視實(shí)際情況而定。最后，通過(guò)對(duì)晶閘管的相位調(diào)節(jié)，迅速降低異步電極的啟動(dòng)電流電壓，同時(shí)克服電子式軟起動(dòng)器中的諧波污染，避免了可控硅移相觸發(fā)產(chǎn)生嚴(yán)重的低次諧波。流程如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

4 仿真結(jié)果與討論

在沒(méi)有單片機(jī)控制電機(jī)的硬啟動(dòng)中測(cè)試輸入端的電壓[Ui]和電流[Ii，]所得的波形如圖5所示，雖然啟動(dòng)過(guò)程中電流諧波幾乎為0，但是啟動(dòng)電流已超過(guò)工作電流10倍多，增大了啟動(dòng)電流，對(duì)電機(jī)及外圍電路產(chǎn)生嚴(yán)重沖擊。

圖5 不加控制的電壓電流波形

針對(duì)實(shí)際的功率為7.5 kW，功率因數(shù)為0.88，啟動(dòng)初始功率因數(shù)約為0.35的異步電機(jī)測(cè)試時(shí)，控制電機(jī)啟動(dòng)的是周期波數(shù)，測(cè)得軟啟動(dòng)電流小于硬啟動(dòng)電流的[13，]啟動(dòng)時(shí)間為20 s，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程，啟動(dòng)電流總諧波約為5%。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜合軟啟動(dòng)技術(shù)和異步電機(jī)的特性，設(shè)計(jì)一種基于STM32F103RBT6單片機(jī)的異步電機(jī)軟啟動(dòng)裝置，從硬件電路和軟件程序兩個(gè)方面來(lái)分析，最終通過(guò)控制可控硅導(dǎo)通的周波數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)的軟啟動(dòng)。該方法能夠減小異步電機(jī)的啟動(dòng)電流，并同時(shí)能夠避免低次諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。

參考文獻(xiàn)

[1] 張潤(rùn)祥.無(wú)諧波異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的設(shè)計(jì)[J].船電技術(shù)，2006（2）：31?34.

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[3] 王曉軍，徐鵬，段景春，等.基于單片機(jī)的晶閘管電子軟啟動(dòng)器設(shè)計(jì)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，29（3）：447?450.

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[6] 王兆安.電力電子技術(shù)[M].4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

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圖2 電壓過(guò)零檢測(cè)電路

圖2中光耦TLP181起到隔離強(qiáng)弱電的作用，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的交流電壓先經(jīng)過(guò)雙端穩(wěn)壓后，再經(jīng)過(guò)整流，輸入到光耦合器中，[R7、][R8、][R9]均是限流電阻，[R5]作為上拉電阻，[R6]電阻將電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，當(dāng)輸入電壓低于一定值時(shí)CE端不導(dǎo)通，simple端輸出低電平，反之相反，從而確定出電壓過(guò)零的時(shí)刻。輸入的交流電先穩(wěn)壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路，得到直流電壓，該電壓與晶體管的導(dǎo)通電壓相比較，便可使晶體管的集電極上得到過(guò)零的脈沖電壓波形。采用光耦TLP181作為電路的開關(guān)元件，主要原因是電壓過(guò)零時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)準(zhǔn)確和隔離高低壓效果好，能嚴(yán)格確保交流電與脈沖信號(hào)的同步的時(shí)序關(guān)系。

2.2 驅(qū)動(dòng)電路

另一部分的組成部分是由兩相異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路，其控制的核心是單片機(jī)。由于采用了先進(jìn)的ARM微控制器STM32F103RBT6和驅(qū)動(dòng)可控硅芯片MOC3038，32位微控制器STM32F103RBT6以它低能耗、高穩(wěn)定性而備受青睞，片內(nèi)附有可反復(fù)擦寫的FLASH 128 B和20 B的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）。STM32F103RBT6有64個(gè)引腳，12位的A/D，4個(gè)16位定時(shí)器和3路USART通信口等多種資源，時(shí)鐘頻率最高可達(dá)72 MHz。

該部分電路主要用于驅(qū)動(dòng)輸出，使得異步電機(jī)的輸出的啟動(dòng)電流緩慢減小，并且輸入的電網(wǎng)電壓無(wú)諧波的目的。電路由雙向可控硅BTA100，電阻[R1、][R2、][R3、][R4，]晶體管[Q2，]電容[C1，]驅(qū)動(dòng)芯片MOC3038等組成。其中這些電阻起到限流的作用，晶體管用于產(chǎn)生高低電平，從而使芯片MOC3038工作，其包含一個(gè)砷化鎵紅外光二極管和一個(gè)單片硅探測(cè)器，能實(shí)現(xiàn)電壓零交叉光隔離雙向可控硅的功能。這個(gè)芯片一般作為分立式功率雙向可控硅應(yīng)用在接口上用于連接邏輯系統(tǒng)與工作在240 V交流線路的設(shè)備上。電容[C1]起耦合和濾波的作用。具體電路如圖3所示。

圖3 驅(qū)動(dòng)電路

交流異步電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)需要隨著電極轉(zhuǎn)速的升高而不斷改變雙向晶閘管的觸發(fā)角，其中包含相位檢測(cè)電路，根據(jù)啟動(dòng)時(shí)電流的相位差，調(diào)整觸發(fā)相角。而晶閘管的觸發(fā)角需要驅(qū)動(dòng)雙向晶閘管的MOC3038所發(fā)出的脈沖來(lái)控制。通過(guò)STM32單片機(jī)觸發(fā)控制MOC3038，即可控制MOC3038發(fā)出所需要的脈沖，單片機(jī)的Phase_control端控制雙向可控硅的導(dǎo)通狀態(tài)來(lái)減少啟動(dòng)中諧波對(duì)電路或電網(wǎng)的污染?？煽毓鑼?dǎo)通的周期數(shù)由單片機(jī)控制，單片機(jī)取過(guò)零脈沖產(chǎn)生電路的上升沿觸發(fā)?？刂齐p向晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間由單片機(jī)中的程序設(shè)置。

3 低諧波軟起動(dòng)器的軟件框架

主程序主要完成的是系統(tǒng)初始化與自我故障檢測(cè)、軟啟動(dòng)故障的檢測(cè)、導(dǎo)通周波數(shù)的控制、晶閘管觸發(fā)角的控制等任務(wù)。程序一上電就初始化后，經(jīng)過(guò)一些自檢和無(wú)故障檢測(cè)后，選擇電子軟起動(dòng)的方式，同時(shí)結(jié)合降壓控制方式，采用控制導(dǎo)通周波數(shù)的的方式，周波數(shù)的設(shè)置可以視實(shí)際情況而定。最后，通過(guò)對(duì)晶閘管的相位調(diào)節(jié)，迅速降低異步電極的啟動(dòng)電流電壓，同時(shí)克服電子式軟起動(dòng)器中的諧波污染，避免了可控硅移相觸發(fā)產(chǎn)生嚴(yán)重的低次諧波。流程如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

4 仿真結(jié)果與討論

在沒(méi)有單片機(jī)控制電機(jī)的硬啟動(dòng)中測(cè)試輸入端的電壓[Ui]和電流[Ii，]所得的波形如圖5所示，雖然啟動(dòng)過(guò)程中電流諧波幾乎為0，但是啟動(dòng)電流已超過(guò)工作電流10倍多，增大了啟動(dòng)電流，對(duì)電機(jī)及外圍電路產(chǎn)生嚴(yán)重沖擊。

圖5 不加控制的電壓電流波形

針對(duì)實(shí)際的功率為7.5 kW，功率因數(shù)為0.88，啟動(dòng)初始功率因數(shù)約為0.35的異步電機(jī)測(cè)試時(shí)，控制電機(jī)啟動(dòng)的是周期波數(shù)，測(cè)得軟啟動(dòng)電流小于硬啟動(dòng)電流的[13，]啟動(dòng)時(shí)間為20 s，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程，啟動(dòng)電流總諧波約為5%。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜合軟啟動(dòng)技術(shù)和異步電機(jī)的特性，設(shè)計(jì)一種基于STM32F103RBT6單片機(jī)的異步電機(jī)軟啟動(dòng)裝置，從硬件電路和軟件程序兩個(gè)方面來(lái)分析，最終通過(guò)控制可控硅導(dǎo)通的周波數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)的軟啟動(dòng)。該方法能夠減小異步電機(jī)的啟動(dòng)電流，并同時(shí)能夠避免低次諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。

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