一種斬波式軟起動器的硬件研究

程秀玲 單水維 李蘭云 李仕慧

摘?要：交流斬波調壓技術作為一種高性能交流調壓技術，符合電子技術的高頻化、高效化以及低污染發展趨勢，將逐步取代晶閘管相控交流調壓（中、小功率），新器件的發展與成熟將加速這一進程，其在一些電動機調速工具有不可比擬的優越性。豐富的控制種類，多樣的雙向電子開關組合，為不同使用要求提供高性價比產品，是一種經濟型交流調壓技術。

關鍵詞：主回路;驅動電路;控制回路;保護回路

一、 引言

本軟起動器主要包括主回路、驅動電路、控制回路和驅動保護回路。主回路主要由三個雙向電子開關組成，通過控制雙向電子開關的導通實現改變加載在電機兩端的電壓;而接觸器的主要作用是在軟起動過程完成以后，把雙向電子開關從三相電源中旁路。在需要軟停車時，再把軟起動器裝置接入到電機回路中，完成軟停車的功能。

二、 主電路

如圖1所示，由三相電源、交流調壓、電動機組成，斬波控制式的交流調壓電路由IGBT和二極管構成。

采用三個單管雙向電子開關組成調壓電路。在雙向電子開關的兩端并聯接觸器的常開觸點，當軟起動時，接觸器斷開，軟起動完成后接觸器閉合，PWM控制信號停止輸出，軟起動過程結束，雙向電子開關被旁路。當軟停車開始時，PWM控制型號輸出100%占空比的信號，接觸器斷開，雙向電子開關入煮電路，軟起動器進入到停車過程，如此重復來完成軟起動和軟停車。

三、 驅動電路

落木源電子技術有限公司的驅動器產品，目前有TX-KA、TX-KB、TX-KC、TX-KD四個系列。其中KA系列IGBT驅動器采用光電耦合器隔離，次級需要隔離的輔助電源供電;KB系列采用變壓器隔離，工作頻率比較高，次級也需要隔離的輔助電源供電;KC系列IGBT驅動器采用變壓器隔離，次級使用自給電源，因此次級不需要另外的隔離電源。以上三個系列的驅動器都具有比較完善的保護功能，當電源發生短路過流的時候能最大限度地保護功率管。KD系列是一種不帶保護功能的價格較低的IGBT、MOSFET驅動器，采用變壓器隔離，次級采用分時式自給電源，使用方便，能驅動各種單管和半橋、雙正激、同步整流電路中的雙管。

四、 控制電路

軟起動器本質上是一種交流調壓裝置，用于實現電機的軟起動、停機及保護等多種功能。它的核心部分是微機控制電路，該部分的功能是將各種信號進行數學運算和邏輯判斷，使控制系統各個部分協調運行。可見，微機控制芯片的性能將對控制器起著決定性的作用。在電氣傳動系統中，常用的控制芯片有Intel公司的SXC196MC/MD/MH系列，TI公司的TMS320c240x系列，模擬器件（AD）公司的ADMCxxx系列等。在上述芯片中，選擇TI公司的TMS320LF2407A芯片。這是因為TMS320LF2407A是一款專用電機控制芯片，滿足本系統設計中所要求的微機控制能力，如具備足夠大的存儲器容量、足夠快的運算速度、足夠強大的邏輯判斷能力和通訊功能等。

自從美國德州儀器公司向市場推出第一代DSP芯片以來，DSP的處理速度和性能不斷提高，在價格上從最初的幾百美元降到現在的幾十美元甚至幾美元，其應用前景非常廣闊。結合所設計軟起動器的要求，從表1比較得到電機控制的微處理器，LF2407為最佳選，因為它的性價比最高。

五、 保護電路

工控系統在運行時，通常都會遇到各種各樣的現場干擾，微機控制系統干擾、電源的波動引起的程序飛車和數據丟失，常造成系統的各種誤動作或死機，直接影響著系統的正常運行。抗干擾能力是衡量工控系統性能的一個重要指標。看門狗（Watchdog）電路是自行監測系統運行的重要保證，幾乎所有的工控系統都包含看門狗電路。

看門狗電路一般有軟件看門狗和硬件看門狗兩種。軟件看門狗不需外接硬件電路，但系統需要出讓一個定時器資源，這在系統中很難辦到，尤其是在此設計中，三個定時器資源全部用上。而且若系統軟件運行不正常，可能導致看門狗系統也癱瘓。硬件看門狗是真正意義上的“程序運行監視器”。

針對目前軟起動器的發展現狀，采用先進的數字信號處理器DSP為核心構成斬波式軟起動器，它的硬件簡單，軟件豐富，可以方便地實現現代化控制規律和多種功能，可靠性高，調試簡單，完全可以作為一種先進的異步電動機啟動設備。

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作者簡介：程秀玲（1980～），女，內蒙古四子王旗人，內蒙古包頭輕工職業技術學院自動化學院，碩士研究生，副教授，研究方向：智能控制;

單水維（1980～），男，河北衡水人，內蒙古第一機械制造集團有限責任公司，碩士研究生，工程師，研究方向：新材料的開發及應用;李蘭云（1983～），女，河北邯鄲人，內蒙古包頭輕工職業技術學院自動化學院，碩士研究生，研究方向：自動控制技術;

李仕慧（1982～），女，山東臨沂人，內蒙古包頭輕工職業技術學院自動化學院，碩士研究生，副教授，研究方向：材料加工及應用。