一款新颖的三相电动机软启动控制器

【摘 要】 近几年电力电子发展迅速，使得电力电子技术应用于电动机的启动之中。但由于电路复杂，一台成品软启动器的价格不菲，维护成本比较高，而且自身功耗也相当大。因此，设计一种低功耗、操作简单，既满足电机启动要求又造价低廉的产品才更符合电机的启动要求。

【关键词】 三相电动机 控制器 启动

1 研制背景

在各种生产、运输机械经常要进行启动和停车，所以作为原动力的异步电动机的启动、调速、制动等的好坏，对生产、运输机械的运行影响很大。电动机在直接启动时，转子电流通常可达额定状态时的5-8倍，由于转子电流是从定子绕组内感应而来的，从而使定子绕组中的电流也相应增加为额定值的4-7倍。这么大的起动电流一是会使电网电压产生波动（特别是大容量电动机的启动），从而影响到接在电网上的其他设备的正常运行；二是会使得电动机绕组发热、绝缘老化，从而缩短电动机的寿命，特别是经常需要启动的电动机影响更大。所以对异步电动机的启动有比较高的要求，即：1、电动机应有足够大的启动转矩；2、在保证一定大小的启动转矩的前提下，启动电流应越小越好；3、启动所需的设备应尽量简单，价格力求低廉，操作维护方便；4、启动过程中的功率损耗越小越好。对于三相异步电动机的启动方法有多种。近几年使用较多的是电力电子式软启动控制器。由于近几年电力电子发展迅速，使得电力电子技术应用于电动机的启动之中。它的好处是启动时依据电动机的参数，用嵌入单片机的程序来控制电动机的启动过程，智能化程度比较高。但由于它们的电路复杂，一台成品软启动器的价格不菲，维护成本比较高，而且自身功耗也相当大。因此，设计一种低功耗、操作简单，既满足电机启动要求又造价低廉的产品才更符合电机的启动要求。

2 电路组成及工作原理如图1

由变压器T（380V/12V）、桥堆QL、电容C1和三端稳压集成块7812组成控制电路的电源，为控制电路提供12V工作电源；由电阻R1R2R3R4R5R6R7R8、光电耦合器H1、三极管V1、二极管V2、电容C2、单向可控硅V3、发光二极管LED、光电耦合器H2H3H4、双向可控硅V4V5V6组成控制电路；由开关S、熔断器RD组成电机主回路；由R9R10R11、C3C4C5组成可控硅过压阻容吸收回路。把双向可控硅V4V5V6串接到电机主回路中，利用它们的导通来控制电动机的启动和运行。由于双向可控硅正、反向都能导通，所以用它可以作交流开关。这种交流静态开关和一般半导体交流开关比较，具有电路简单、体积小，经济等优点，和机械开关比较优点更明显，由于双向晶闸管每个半周均“自锁”，所以没有触头跳动和磨损，也不产生火花，所以又叫做无触点交流开关。光电耦合器H2H3H4用于强弱电隔离。发光管LED用于指示光电耦合器H2H3H4的工作状态。三极管V1、电阻R1、二极管V2构成延时电容C2的放电回路。电阻R4、光电耦合器H1构成延时电容C2的充电回路。工作过程是：闭合三相开关S，电源变压器T带电，把380V电压降为12V交流电，经桥堆QL整流、电容C1滤波、稳压块7812稳压，为控制电路提供一个稳定的12V直流电压。此直流电压经电阻R3加到光耦H1上，光耦导通，延时电容C2经电阻R4光耦充电，随着C2上的电压逐步升高，可控硅V3控制极G的导通角逐渐加大，V3慢慢开始导通，发光二极管LED的亮度逐步加强，预示着V3阴极串联的光耦H2H3H4也慢慢开始导通，经限流电阻R6R7R8触发相应的双向可控硅V4V5V6的导通角由零逐渐加大，直至全导通，从而使电机由小电流慢速运转到全压正常运转，完成电动机的软启动功能。从电容C2的开始充电到电容充满电这一过延时程，为电动机的软启动时间。为了保证电机在频繁启动时控制电路有比较高的灵敏度，防止延时电容C2有迟滞现象，故为它加装了三极管V1、电阻R1、二极管V2构成的延时电容C2的放电回路。作用是当电动机停机后，充满电的电容C2二端的电压为放电三极管基极V1通过电阻R1提供偏置电流而使V1导通，V1导通后，为C2提供放电回路，马上把C2的剩余电量放净，为再次启动电动机做准备。

说明：双向可控硅的容量选择要根据控制的电机容量确定；电路中光耦H2H3H4选用光控可控硅MOC3011，主要是它的驱动能力强，能可靠触发电机主回路的大功率的可控硅V4V5V6；控制回路中采用光耦H1，目的是把C2的充放电回路隔离开。

3 该控制器的创新点

相比市面上出售的软启动器，一改市面上利用单片机控制的复杂电路结构，做到该控制器电路简洁，自身功耗低、操作简单，合上开关就可实现电机的软启动。既满足电机启动要求又造价低廉、维护方便。特别适合一般场合频繁启动的电动机。