1 引言

　　在交流异步电动机的启动控制中,常用的启动方式有全压直接启动和降压启动两种.作为传统的启动方式,应用很广泛,但在某些有特殊要求的场合,这些传统的启动方式也有着各种弊端.近年来,电力电子技术和电力电子器件都有了很大发展,从根本上解决了电动机控制中存在的一些难题,特别是智能开关技术在解决大、中容量的电动机启动问题中有着卓越的功能,是替代传统启动方式的一项新技术.传统的启动方式弊端主要在于:启动时高达5～7倍的额定电流容易造成电动机绕组因过热引起高温,从而加速绝缘老化;启动时供电网络电压降过大,影响其他设备的正常运行;频繁启动时能量损失过大,浪费电能;启动时对被带动的设备造成极大的冲击力,缩短设备使用寿命.因此,对电动机直接启动存在着一定的限制条件:机械设备是否允许电动机直接启动;直接启动时,不允许电动机的容量大于10%～15%主变压器的容量;启动过程中电压降ΔU不大于15%的额定电压.

　　以往解决这些弊端的方法是采用一些传统的启动方式及设备,例如:频敏变阻器启动（只适用于绕线式电动机）、自耦变压器降压启动、Y/Δ转换方式启动、延边三角形启动方式等.这些传统的启动方式普遍存在着起动设备复杂,部分启动方式存在启动电流大或启动转矩偏小的弊端,而且在电动机的运行保护方面,存在功能不完善或不灵敏的情况.

　　软启动技术作为一种先进的电动机控制技术,在这些方面与传统的控制方式相比,具有以下优点:

　　（1）适用不同斜率电压增量起动时,电动机得到预设定的初始转矩,该转矩可由用户在转子堵转转矩的0%～90%范围内自行设定.在斜坡加速期间,输出给电动机的电压是无级递增的,当软启动器的控制器检测到电动机已达到额定转速时,输出电压自动切换为全电压.

　　（2）智能开关的保护系统不仅能提供过载保护,而且可提供各种操作故障状态下的保护,诸如输入、输出缺相、电动机堵转、可控硅短路及失压、过压、短路等保护[1],其中,内置的过载保护功能可省去热继电器,使配电柜内布线更加简单.

　　（3）电动机的软启动能有效降低启动机械应力,减少对传动元件的机械冲击,在液流系统中能有效消除喘振或液击问题,提高设备利用率,提高生产率.

2 智能开关的基本工作原理

　　在电动机的启动过程中,先由无触点开关———反并联的可控硅的导通来接通电源[2],然后再由有触点开关K闭合,从而实现开关的无火花闭合.而在电动机的正常运行后,可控硅退出,由接触器控制电动机的运行.当要停止电动机运行时,先使可控硅导通,然后接触器断开,再关断可控硅,从而实现开关的无火花断开.由于这种开关的可控硅只在电动机的起停过程中起作用,因此它不需要考虑散热和通风等措施,没有散热器,具有体积小、重量轻的特点[3].而且交流电源的接通与关断均是由可控硅的导通与关断来控制,不会产生危害性操作过电压,也不会产生电弧或电火花.

3 智能开关的硬件构成

　　3.1 系统的组成

　　系统由可控硅开关、三相交流电动机、同步检测装置、电流电压检测装置、80KC196单片机[4]等组成.系统组成可参见图2.系统由可控硅开关代替常规开关来断开或闭合线路,并结合单片机进行智能控制.

　　3.2 控制电路

　　3.2.1 采样电路

　　通过电压电流互感器改变电路实际电压电流大小,得到的电压电流信号再由运算放大器OP07及可调电阻可调电容转换成的直流电压.获得的直流电压经A/D转换接至单片机.

　　3.2.2 同步电路

　　采用一个线电压作为触发脉冲的同步信号,参见图4.由变压器采集的同步电压,经比较器输出宽度为180°的方波.以该方波上升沿作为同步中断输入单片机的管脚HSI.0以达到确定计时起点和定相的目的.