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基于C8051
2 软启动器原理
2.1 软启动器及其工作原理
软启动器是一种用来控制三相交流电动机的专用产品，它实现了交流电动机的软启动、软停车、轻载节能和多种保护，其功能完善，性能优越，能够满足工业电机控制的需要，是传统Y/△启动和自耦变压器启动控制方式的理想换代产品。
软启动器采用三相反并联晶闸管（SCR）作为调压器，将其接入电源和电机定子之间，这种电路如三相全控整流电路。软启动器启动电机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机的转速逐渐加速，直到晶闸管全部导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免了启动时过流跳闸，待电动机达到额定转速时，启动过程结束。软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命及提高其工作效率。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转速逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。
2.2 软启动器启动方式
软启动器一般有下面几种启动方式：
（1）斜坡升压软启动 输出电压由小到大斜坡线性上升，将传统的有级降压起动变为无级降压起动，主要用于重载起动。它的缺点是起动转矩小，转矩特性呈抛物线形上升，对起动不利;起动时间长，对电机不利。改进的方法是采用双斜坡起动:输出电压先迅速升至UI，U，为电机起动所需的最小转矩所对应的电压值。然后按设定的速率逐渐升压，直至达到额定电压。初始电压及电压上升率可根据负载特性调整。这种起动方式的特点是起动电流相对较大，起动时间相对较短。
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图2 斜坡升压软起动原理图
（2）斜坡恒流软启动 这种启动方式是在电动启动的前阶段电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定，直到启动完毕。启动过程中，电流上升变化速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则启动转矩大，启动时间短。这种启动方式的优点是起动电流小，且可以按需要调整起动电流的限
定值，缺点是由于在起动时难以知道起动压降，不能充分利用降压空间，会损失
起动力矩。该启动方式是应用最
多的启动方式，尤其适用于风机、泵类负载的启动。
I(t)ImInt图3 斜坡恒流软起动原理图
（3）转矩控制启动方式 这种启动方式主要用于重载启动，是按电动机的启动转矩线形上升的规律来控制输出电压。它的优点是启动平滑、柔性好，对拖动系统有利，同时减少对电网冲击，是最优的重载启动方式之一，缺点是启动时间较长。
M(t)MqMq1Mft图4 转矩起动方式原理图
（4）转矩加突跳控制启动方式。这种启动与转矩控制启动相同，也使用在重载启动的场合，比如皮带传输机、挤压机、搅拌机等，由于其静阻力矩较大，必须施加一个短时的大启动力矩，克服大的静摩擦力，然后转矩平滑上升，缩短启动时间。转矩突跳这种启动方式所提供的辅助突跳力矩所需电流可达到满载电流500%，突跳启动时间可在O～2秒内选择，但是突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其他负荷，使用时应特别注意。
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图5 转矩加突跳控制起动方式原理图
2.3 软启动器的四种运行状态 软启动器有4种运行状态：
（1）跨越运行模式 晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，电压谐波分量可以完全忽略，这种方式常用于短时重复工作的电动机。
（2）接触器旁路工作模式 在电动机达到满速运行时，用旁路接触器来取代已完成启动任务的软启动器，这样可以降低晶闸管的热损耗，提高系统的效率。这种工作模式下，有可能用一台软启动器去启动多台电动机。
（3）节能运行模式 当电动机负荷较轻时，软启动器自动降低施加于电动机定子上的电压，减少电动机励磁分量，从而提高了电动机的功率因数。
（4）调压调速模式 软启动器既然是用晶闸管凋原理来实现，它就可以进行调压调速运行，由于电动机转子内阻很小，要得到大范围的调速，就需在电动机转子中串入适当的电阻。 2.4 软启动器的四种停机方式 软启动器有4种停机方式可供选择
（1）自由停车 直接切断电源，电机自由停车
（2）软停机 在有些场合，并不希望电动突然停止，如皮带运输机、升降机等，采用软停机方式，在接收停机信号后，电动机端电压逐渐减小。转速下降斜破时间可调。
（3）泵停机或非线性软制动 它适用于惯性力矩较小的泵的驱动。泵停机功能是将离心泵的特性曲线事先存储在设备中，软启动器在启动和停止电机的过程中，实时检测电动机的负载电流，因此可根据泵的负载状况及速度调节其输出电压，使软启动器的输出转矩我与泵的我曲线最佳配合，从而消除“水锤效应”。 （4）直接制动 可以向电动机输入直流电流，从而加快制动，直流制动时间可在0～99S间选择。主要使用于惯性力矩大的负载或需快速停机的场合。 2.4 软启动器的接线方案
软启动器的接线方案主要有带旁路接触器和不带旁路接触器2种
(1)不带旁路接触器接线方案 笼型异步电动机是感性负载，运行中，定子电流滞后于电压。若电动机工作电压不变，电动机处于轻载时，功率因数低:电动机处于重载时，功率因数高。软启动器能在轻载时通过降低电动机端电压，提高功率因数，减少电动机的铜耗、铁耗，达到轻载节能的目的;负载重时，则提高端电压，确保电动机正常运行。因此，对可变工况负载，电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬时处于重载的场合，应采用不带旁路接触器的接线方案。
(2)带旁路接触器接线方案 对于电动机负载长期大于40%的场合，应采用带旁路接触器的接线方案。这样可以延长软启动器的寿命，避免对电网的谐波污染，还能减少软启动器的晶闸管热损耗。
3 软启动器硬件电路设计
3.1 软启动器硬件电路总体框图
三相异步电动机软起动控制系统在硬件方面可以分为两个部分，即主电路和控制电路。主电路包括三相电源、三相反并联的晶闸管、三相异步电动机。在主电路中，晶闸管的容量要根据所控制的三相异步电动机的容量选择，主电路的结构是相同的。而控制的设计和所要控制的异步电动机的容量无关，可以设计成通用型的。控制电路部分一般由电流检测、晶闸管触发驱动电路、触发脉冲同步电路、相序检测电路、保护电路及CPU等组成。该系统的总体框图如下图
相序检测LCD显示同步信号晶闸管触发电路电压检测功率因数检测电流检测8051单片机转速检测键盘电路异步电动机保护电路 图6 软启动器硬件总体框图
3.2 软启动器主电路的设计
3.2.1电路的设计主要包括电路结构的确定。
主电路部分结构比较简单，主要采用晶闸管调压原理完成软启动器的各项功