基于晶閘管軟起動(dòng)控制器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：本文介紹了三相異步電動(dòng)機(jī)晶閘管軟起動(dòng)的控制原理，詳細(xì)說(shuō)明了軟起動(dòng)器的軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，說(shuō)明了基于晶閘管軟起動(dòng)控制器的軟件系統(tǒng)的實(shí)用性和優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：晶閘管軟起動(dòng)器；軟件系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

0 引言

當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)在直接啟動(dòng)時(shí)，其電流值最高可以達(dá)到額定電流值的4～7倍，啟動(dòng)電流如此之大，對(duì)電網(wǎng)造成沖擊將會(huì)非常的嚴(yán)重，形成過(guò)大的電壓降落，從而使電網(wǎng)的電能質(zhì)量降低并對(duì)其他設(shè)備的正常運(yùn)行形成一定的影響；轉(zhuǎn)矩沖擊過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致機(jī)械形成應(yīng)力沖擊，對(duì)電動(dòng)機(jī)本身以及拖動(dòng)設(shè)備使用的壽命造成嚴(yán)重影響。使用三相異步電動(dòng)機(jī)晶閘管軟起動(dòng)器，能夠使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流得到有效控制，使電網(wǎng)供電質(zhì)量全面提高，也可以對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及電動(dòng)機(jī)形成一定的保護(hù)，而軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于晶閘管軟起動(dòng)控制器性能的優(yōu)越與否意義極其重大。

1 分析晶閘管軟起動(dòng)的控制原理

軟起動(dòng)器通常都是采用三相反并聯(lián)晶閘管來(lái)作為其調(diào)壓器，并將其接入電動(dòng)機(jī)定子與電源之間。

2 探討軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言，運(yùn)用模塊化思想，其主要特點(diǎn)是通用性強(qiáng)、思路清晰、更易于查找故障。主要分為系統(tǒng)自檢和初始化、起動(dòng)方式及參數(shù)設(shè)定、執(zhí)行相應(yīng)起動(dòng)程序、處理故障等相關(guān)中斷、軟停等部分。由主程序、故障檢測(cè)模塊、軟起動(dòng)模塊以及同步中斷等各模塊組成了整個(gè)系統(tǒng)軟件。

2.1 系統(tǒng)主程序流程分析

下圖為主程序流程圖，如圖所示，主要功能以完成DSP內(nèi)部定時(shí)器、中斷系統(tǒng)、堆棧指針、寄存器區(qū)、RAM、I/0口、A/D、D/A等各個(gè)單元系統(tǒng)的初始化為主。

2.2 故障檢測(cè)模塊

該模塊主要檢測(cè)起動(dòng)完成前及完成后的異常故障，例如：斷相、過(guò)載、短路、堵轉(zhuǎn)以及起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等各項(xiàng)故障，并會(huì)及時(shí)有效的形成反應(yīng)（像跳閘）。

2.3 軟起動(dòng)模塊

此模塊的控制原則可采用恒流或者斜坡電流，按照接收互感器所傳送的電流信號(hào)與電壓的同步信號(hào)，在其經(jīng)過(guò)單片計(jì)算以后，根據(jù)事先獲取的數(shù)學(xué)模型當(dāng)前晶閘管觸發(fā)角的大小便可以得到，再按照觸發(fā)角的大小嚴(yán)格地根據(jù)順序送出，從而使三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)功能。

2.4 同步中斷模塊

整個(gè)程序的流程當(dāng)中，同步是極其重要的環(huán)節(jié)，觸發(fā)脈沖延遲的基準(zhǔn)便是同步，一旦同步中斷模塊出現(xiàn)錯(cuò)誤，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)極其嚴(yán)重的錯(cuò)誤，例如：誤觸發(fā)以及觸發(fā)脈沖丟失等。首先應(yīng)該進(jìn)行中斷的初始化，開(kāi)相應(yīng)中斷，對(duì)中斷信號(hào)的正確性進(jìn)行判斷，然后進(jìn)入整個(gè)系統(tǒng)流程，即先對(duì)A/D進(jìn)行采樣與計(jì)算，然后再調(diào)用與之相對(duì)應(yīng)的起動(dòng)子程序?qū)чl管觸發(fā)角進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，既觸發(fā)脈沖延時(shí)的時(shí)間，再次進(jìn)入到延時(shí)觸發(fā)中斷程序，對(duì)相應(yīng)的延時(shí)程序進(jìn)行調(diào)用，最后準(zhǔn)確中斷然后返回。

2.5 電流及電壓環(huán)控制模塊

三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)線電流的反饋量是晶閘管軟起動(dòng)系統(tǒng)非常重要的一項(xiàng)反饋信息，其電流反饋當(dāng)中的閉環(huán)模塊也作為了電流作為反饋量的閉環(huán)系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)。

通常將電流作為反饋量的閉環(huán)系統(tǒng)在選擇起動(dòng)方式時(shí)大致分為以下三種：第一，恒流起動(dòng)；第二，電流斜坡起動(dòng)；第三，電動(dòng)突跳起動(dòng)。這三種起動(dòng)方式當(dāng)中，最為常用的起動(dòng)方便則是恒流起動(dòng)，此種起動(dòng)方式的起動(dòng)效果相對(duì)比較穩(wěn)定，此方式的起動(dòng)過(guò)程為，首先通過(guò)顯示器將恒流起動(dòng)設(shè)定為起動(dòng)方式，再對(duì)起動(dòng)電流時(shí)的恒流值進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)程序接收到此項(xiàng)設(shè)定值以后，會(huì)計(jì)算出起動(dòng)曲線，再計(jì)算出經(jīng)A/D采樣、計(jì)算得出電流的反饋值，然后將電動(dòng)反饋值與起動(dòng)曲線進(jìn)行比較，當(dāng)其經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)之后將會(huì)得到晶閘管的觸發(fā)角，即觸發(fā)脈沖延時(shí)的時(shí)間，再將此脈沖直接發(fā)送到觸發(fā)系統(tǒng)，對(duì)晶閘管閥形成驅(qū)動(dòng)作用。

2.6 脈沖延時(shí)模塊

該模塊主要的作用便是當(dāng)起動(dòng)曲線與反饋量在PID控制這一模塊經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)角，即當(dāng)脈沖延時(shí)時(shí)間以后，可以將此延時(shí)時(shí)間為晶閘管閥當(dāng)中的各個(gè)晶閘管進(jìn)行分配。

2.7 軟停模塊

當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)需要運(yùn)行停止時(shí)，可運(yùn)用軟停車，能夠起到與軟起動(dòng)相同的重要作用。軟停參數(shù)、停止時(shí)間以及停止方式可以通過(guò)顯示器來(lái)進(jìn)行選擇。根據(jù)停止時(shí)間能夠準(zhǔn)確斷定各種不同停止方式的停止曲線，其停止方式可選擇閉環(huán)電流控制軟停與開(kāi)環(huán)電壓控制軟停；軟停方式還也可以選擇離散分頻，此種軟停方式與采用離散分頻的起動(dòng)過(guò)程正好相反，分頻級(jí)別由工頻開(kāi)始，經(jīng)過(guò)25Hz， 16.7Hz， 12.5Hz， 7.1Hz和3.85Hz的頻率級(jí)別后機(jī)端電壓逐漸降為零，電機(jī)停止運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用軟起動(dòng)技術(shù)，采用對(duì)晶閘管相位控制的方法，設(shè)計(jì)了晶閘管軟起動(dòng)控制器的軟件系統(tǒng)，詳細(xì)給出了軟起動(dòng)器的主程序流程以及各主要中斷程序流程設(shè)計(jì)過(guò)程和結(jié)果，并對(duì)主程序流程以及各主要中斷程序流程和原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，通過(guò)電動(dòng)機(jī)接線端子上的電壓可靈活整定為氣動(dòng)值上升至電網(wǎng)電壓使起動(dòng)電流與初始轉(zhuǎn)矩可以同傳動(dòng)裝置的實(shí)際需要更好的適應(yīng)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：楊銘（1982-），女，吉林長(zhǎng)春人，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。