一種基于80C196KC的電子軟起動器的軟硬件實現

全數字電子軟起動器不僅能有效控制鼠籠式三相異步電動機起動電流，減緩電流對電動機和電網的沖擊，還能在起動和運行過程檢測電流、電壓參數，對異常情況進行處理、顯示及報警，實現對電動機的綜合保護。

三相鼠籠式異步電動機以其結構簡單、性價比高和工作特性好等諸多優點，在當今工業應用的各個領域都有廣泛的應用，但它有一明顯缺點，就是起動電流過大(一般起動電流為額定電流的5～7倍甚至更大)，這樣不論是對電動機本身，還是對電網以及其他電氣設備，都會產生不利的影響。

電子軟起動器的誕生，已經從很大程度上提供了解決這個技術難題的有效手段，而且近年來隨著電力電子技術以及智能控制技術的不斷發展，電子軟起動器已經逐步取代了傳統的起動方法，例如“Y－△”降壓起動、自耦變壓器降壓起動以及磁性調壓起動等。所謂電子軟起動器，就是使用晶閘管調壓技術，采用單片機控制的起動器，在用戶規定的起動時間內自動地將起動電壓連續平滑地上升，直到達到額定電壓，從而達到有效控制起動電流的目的。

基本工作原理

軟起動器的控制原理圖如圖1所示，它采用三相平衡調壓式主回路，將3對反向并聯的大功率晶閘管串接于電動機的三相電路上，通過控制其觸發角的大小來改變晶閘管的導通程度，由此控制電動機輸入電壓的大小，以達到實現電動機軟起動的過程。當電動機起動完成并達到額定電壓時，閉合三相旁路接觸器KC，短接晶閘管，使電動機直接投入電網運行，以避免晶閘管元件的持續損耗。其中，主回路的晶閘管和接觸器隨系統容量不同可以選用不同的器件。

從圖1可以看出，主回路主要是晶閘管電子調壓裝置，由6個晶閘管V1～V6組成，另外，利用3個霍爾傳感器來完成三相定子的電流檢測。在起動過程中，晶閘管V1～V6的觸發角由軟件控制，從而使加在交流電動機三相定子繞組上的電壓由零逐漸平滑地升至全電壓。同時，電流檢測裝置檢測三相定子電流送給單片機進行運算和判斷，當起動電流超過設定值時，軟件控制升壓停止，直到起動電流下降到低于設定值之后，再使電動機繼續升壓起動。若三相起動電流不平衡并超過規定的范圍，則停止起動。另外，由電動機理論可知，當電動機的輸入電源頻率不變時，電動機的輸出轉矩與輸入電壓的平方成正比。因此，軟起動不僅使電動機定子電壓連續平滑地增加，實現了升壓限流起動，而且避免了電動機起動轉矩的沖擊和不平穩的現象。

圖1 軟起動器主回路示意圖

軟起動的控制器采用16位的Intel 80C196KC芯片，這種芯片比一般的8位單片機有更高的運算速度和較高的集成度，而對比DSP芯片來講，雖然運算速度上稍微慢了點，但196芯片價格便宜這個特點又使其在性價比上占了一定優勢，而且196芯片的CPU晶振頻率現在也已達到了16MHz，再加上它自身具有乘除法運算指令，使其已經能夠滿足軟起動過程中數據運算處理速度要求。另外，80C196KC芯片豐富的外圍部件功能，以及具有10位A/D高分辨率轉換的特點，可以在保證軟起動器高可靠性的同時降低生產成本。

硬件設計

一個完整的軟起動器一般由兩部分組成，即控制單元和功率單元。控制單元是核心部分，軟起動器大部分功能都是在這一單元實現的，其中含有三相電源的電壓及工作電流的檢測、鍵盤輸入和液晶顯示輸出信號的接收和處理，實現遠程通信和故障診斷及報警等；功率單元則擔負著形成所需觸發脈沖的職責。整個系統結構如圖2 所示，下文也將從系統核心部分——觸發控制部分重點說明軟起動器的硬件設計。