畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-單片機(jī)控制的軟起動(dòng)器的設(shè)計(jì)

1、摘要作為異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)裝置，智能軟起動(dòng)器具有顯著的節(jié)電效果及良好的工作特性等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用。本文介紹了一種三相交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的硬件組成和軟件程序設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)以16位單片機(jī)為核心。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程，通過(guò)控制晶閘管的關(guān)斷和導(dǎo)通角進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平滑起動(dòng)。本文設(shè)計(jì)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器以80C196KC單片機(jī)為核心，雙向可控硅作為調(diào)壓元件，外加顯示電路、鍵盤電路、接口電路及軟件結(jié)構(gòu)等組成。根據(jù)用戶的不同需求，可以設(shè)置不同的起動(dòng)時(shí)間、起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)實(shí)現(xiàn)斷電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。應(yīng)用此設(shè)備起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，可以使起動(dòng)電流從零線性上升至設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)無(wú)沖擊，提高供電可靠

2、性，同時(shí)還提供軟停車功能和多種保護(hù)。研究說(shuō)明：該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)調(diào)整靈活、控制效果良好，具有一定的使用價(jià)值。關(guān)鍵詞：80C196KC 軟起動(dòng)器 晶閘管 交流電動(dòng)機(jī)AbstractWith the remarkable save enerty function and sound performance，the intelegent soft-starer，as the acmating device of the induction motor has been used widelyThe hardware composing and program designing of one so

3、ft-starter used in AC motor are mainly discussedIt is based on atmel 80C196KC mierocontroller and starts up the motor smoothly by AC pressure regulating and speed control in the start up procedureAccording tothe requests，diferent start-up time，start up current an distart torque can be setThis system

4、 Can also save the setting data when the power is broken80C196KC single chip computer is used as the main contml of soft starter and double action thyristor as vohage adjusting element.It also introduces the correlative computer hardware and softwareWhen it starts motor，eurrent goes up from zero to

5、initialization linearIt realizes to calm startup，no impact to motor，improve securityIt also has soft stop and many protectsThe system has merit of simple structureeasily adjusting parametersas well as good controlling effectit has been proved in the studyKey words：80C196KC soft-starter thyristor AC

6、motor目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc138075483 1 緒 論 PAGEREF _Toc138075483 h 1 HYPERLINK l _Toc138075484 1.1 引言 PAGEREF _Toc138075484 h 1 HYPERLINK l _Toc138075485 1.2 軟起動(dòng)器的實(shí)現(xiàn)方法 PAGEREF _Toc138075485 h 2 HYPERLINK l _Toc138075486 1.3 軟起動(dòng)器的開展方向 PAGEREF _Toc138075486 h 5 HYPERLINK l _Toc138075487

7、2 軟起動(dòng)原理 PAGEREF _Toc138075487 h 6 HYPERLINK l _Toc138075488 2.1 直接起動(dòng)的危害 PAGEREF _Toc138075488 h 6 HYPERLINK l _Toc138075489 2.2 傳統(tǒng)降壓起動(dòng)方式的性能比擬 PAGEREF _Toc138075489 h 6 HYPERLINK l _Toc138075490 2.3 軟起動(dòng)器介紹 PAGEREF _Toc138075490 h 7 HYPERLINK l _Toc138075491 2.4 軟起動(dòng)器特點(diǎn) PAGEREF _Toc138075491 h 7 HYPERL

8、INK l _Toc138075492 2.5 軟起動(dòng)原理 PAGEREF _Toc138075492 h 8 HYPERLINK l _Toc138075493 2.6 三相晶閘管調(diào)壓原理 PAGEREF _Toc138075493 h 9 HYPERLINK l _Toc138075494 3 主回路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc138075494 h 11 HYPERLINK l _Toc138075495 3.1 系統(tǒng)工作原理 PAGEREF _Toc138075495 h 11 HYPERLINK l _Toc138075496 3.2 旁路系統(tǒng) PAGEREF _Toc138075

9、496 h 14 HYPERLINK l _Toc138075497 3.3 晶閘管的參數(shù)計(jì)算 PAGEREF _Toc138075497 h 15 HYPERLINK l _Toc138075498 3.4 交流過(guò)電壓保護(hù) PAGEREF _Toc138075498 h 15 HYPERLINK l _Toc138075499 3.5 過(guò)電流保護(hù) PAGEREF _Toc138075499 h 16 HYPERLINK l _Toc138075500 3.6 晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓阻容保護(hù) PAGEREF _Toc138075500 h 16 HYPERLINK l _Toc138075501 3

10、.7 電流檢測(cè) PAGEREF _Toc138075501 h 16 HYPERLINK l _Toc138075502 3.8 測(cè)速控制 PAGEREF _Toc138075502 h 17 HYPERLINK l _Toc138075503 4 控制回路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc138075503 h 19 HYPERLINK l _Toc138075504 4.1 功能模塊分述 PAGEREF _Toc138075504 h 19 HYPERLINK l _Toc138075505 4.1.1 80C196KC PAGEREF _Toc138075505 h 19 HYPERLINK

11、 l _Toc138075506 4.1.2 ULN2803 PAGEREF _Toc138075506 h 22 HYPERLINK l _Toc138075507 4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc138075507 h 22 HYPERLINK l _Toc138075508 4.2.1 CPU電路 PAGEREF _Toc138075508 h 22 HYPERLINK l _Toc138075509 4.2.2 同步信號(hào)電路 PAGEREF _Toc138075509 h 24 HYPERLINK l _Toc138075510 4.2.3 晶閘管移相觸發(fā)脈沖電路 PAGER

12、EF _Toc138075510 h 24 HYPERLINK l _Toc138075511 4.2.4 鍵盤電路 PAGEREF _Toc138075511 h 29 HYPERLINK l _Toc138075512 4.2.5 顯示電路 PAGEREF _Toc138075512 h 29 HYPERLINK l _Toc138075513 5 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc138075513 h 30 HYPERLINK l _Toc138075514 5.1 主程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc138075514 h 30 HYPERLINK l _Toc138075515 5

13、.2 速度PID程序 PAGEREF _Toc138075515 h 31 HYPERLINK l _Toc138075516 5.3 電流PID PAGEREF _Toc138075516 h 33 HYPERLINK l _Toc138075517 結(jié) 論 PAGEREF _Toc138075517 h 35 HYPERLINK l _Toc138075518 致 謝 PAGEREF _Toc138075518 h 36 HYPERLINK l _Toc138075519 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc138075519 h 37 HYPERLINK l _Toc138075520 附

14、錄1 程序清單 PAGEREF _Toc138075520 h 38 HYPERLINK l _Toc138075521 附錄2 系統(tǒng)總電路圖 PAGEREF _Toc138075521 h 441 緒 論1.1 引言隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速開展，科學(xué)技術(shù)日新月異，智能控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。如：智能大廈、無(wú)人值守泵站、無(wú)人值守供熱站、各種遙控調(diào)度系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)自動(dòng)化等等。這正是國(guó)家實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，也是每一個(gè)技術(shù)人員肩負(fù)的重要責(zé)任。智能控制技術(shù)的應(yīng)用，給我們提出了很多要求。如電網(wǎng)的波動(dòng)性，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能配套等，都要求越來(lái)越嚴(yán)格。作為重要驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，它的控制方式受到廣闊技

15、術(shù)人員的高度重視。既要為智能控制打下良好根底，又要降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。所以，不得不在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)設(shè)備和方式上改良。傳統(tǒng)的電機(jī)起動(dòng)方法，除小功率的電機(jī)以采用直接起動(dòng)外，大、中型電機(jī)一般采用定子串電抗起動(dòng)、Y-起動(dòng)、自耦變壓器起動(dòng)和延邊三角形起動(dòng)4種方法。這幾種方法本質(zhì)上是降壓起動(dòng)，目的是限制起動(dòng)電流，防止過(guò)大的起動(dòng)電流沖擊電網(wǎng)，以保證電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的正常進(jìn)行。但定子串電抗起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低過(guò)大或能量消耗過(guò)多，只能用于空載和輕載起動(dòng)；Y-起動(dòng)方法簡(jiǎn)單，價(jià)格廉價(jià)，但要求定子繞組引出6根出線端，也只能用于空載和輕載下進(jìn)行；自耦變壓器起動(dòng)具有較高的起動(dòng)性能，但體積大，價(jià)格高；延邊三角形起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)

16、單，但要求電機(jī)專門設(shè)計(jì)。所有這些起動(dòng)方法還有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，就是電流幅值、起動(dòng)時(shí)間不可調(diào)節(jié)。由于這些諸多因素的影響，造成許多電動(dòng)機(jī)的損壞，甚至燒毀，每年給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成損失，其中重要的原因電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流過(guò)大，一般是額定值的 5至7倍。特別是在一些特殊的使用場(chǎng)合比方鋼廠的給壓力罐加壓的電機(jī)，由于起動(dòng)非常頻繁，這個(gè)問(wèn)題就更加突出。同時(shí)電動(dòng)機(jī)因短路，斷相，過(guò)壓過(guò)流，欠壓堵轉(zhuǎn)等因素引起電機(jī)故障也時(shí)有發(fā)生。電動(dòng)機(jī)電子軟起動(dòng)器的誕生給技術(shù)人員解決了這個(gè)問(wèn)題。它既能改變電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)，更能保證電動(dòng)機(jī)可靠起動(dòng)，又能降低起動(dòng)沖擊，而且配有計(jì)算機(jī)通訊接口實(shí)現(xiàn)智能控制。一般情況下，一臺(tái)智能電子軟起動(dòng)器

17、，既節(jié)省了工程造價(jià)，而且故障率也較低，維修費(fèi)也低。所以，電子軟起動(dòng)器應(yīng)是我們首選的目標(biāo)。1.2 軟起動(dòng)器的實(shí)現(xiàn)方法軟起動(dòng)器是一種功能極強(qiáng)的電動(dòng)機(jī)新型起動(dòng)設(shè)備，其主回路采用過(guò)載能力很強(qiáng)的晶閘管作為相控元件，采用反并聯(lián)可控硅連接方式，通過(guò)調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角方式變壓起動(dòng)。目前電機(jī)軟起動(dòng)器技術(shù)很多，可以說(shuō)五花八門，雖然多數(shù)沒形成產(chǎn)品，但有些技術(shù)還是很成熟的，其主要有以下幾種技術(shù)：180C196KC為核心部件的軟起動(dòng)器裝置以80C196KC單片機(jī)為核心，主要由軟開關(guān)，采樣電路、控制電路三局部組成。利用晶閘管的調(diào)壓原理，調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)角，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，即晶閘管為無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)使用。同時(shí)裝置還具有短路、斷

18、相、過(guò)流、過(guò)壓、欠壓和堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能及數(shù)碼顯示功能。保護(hù)的整定值可通過(guò)鍵盤來(lái)任意設(shè)置和修改。晶閘管的觸發(fā)脈沖取自80C196KC單片機(jī)的高速輸出口HSO，其輸出脈沖經(jīng)光電隔離、驅(qū)動(dòng)本裝置使用MC1413處理后經(jīng)MB產(chǎn)生晶閘管所需的觸發(fā)脈沖。晶閘管的觸發(fā)零點(diǎn)由的同步電路產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行控制。2以8051為CPU的軟起動(dòng)器該軟起動(dòng)器成套性能好，且易實(shí)施遠(yuǎn)動(dòng)操作和自動(dòng)化操作。同時(shí)，可根據(jù)用戶的要求，將軟起動(dòng)主機(jī)組裝到GGB型及其他型號(hào)低壓配電柜內(nèi)，保持柜體的一致性。該裝置提供了軟起動(dòng)，軟停車，限流控制，電流保護(hù)等運(yùn)行方式和保護(hù)功能。3雙CPU軟起動(dòng)器該控制系統(tǒng)的主回路采用三相交流調(diào)壓電路，軟起動(dòng)器工作

19、時(shí)A相閉合，起動(dòng)過(guò)程完成后，由程序控制B相閉合，A相自動(dòng)斷開，軟起動(dòng)器退出運(yùn)行。基于微機(jī)的控制器用于產(chǎn)生交流調(diào)壓電路所需要的觸發(fā)脈沖?？刂破饔秒p8751單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中CPU1系統(tǒng)完成起動(dòng)控制功能，CPU2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置，遠(yuǎn)控功能，兩個(gè)系統(tǒng)之間采用RS485通訊交換數(shù)據(jù)。CPU1系統(tǒng)由8大局部組成：主要有同步信號(hào)檢測(cè)電路，電源電路，脈沖功放電路，電流檢測(cè)電路、繼電器控制電路和信號(hào)顯示等。因采用雙CPU方式，CPU1置于開關(guān)柜內(nèi)，帶操作盤的CPU2那么不用固定位置，所以可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控。該控制器的 最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。4DWR-1電動(dòng)機(jī)的CMOS集成電路軟起動(dòng)器DWR-1型電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)控

20、制器采用CMOS全數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)，以模塊結(jié)構(gòu)供用戶選擇。具有整體電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，高科技含量、維護(hù)簡(jiǎn)單、價(jià)格低，適應(yīng)環(huán)境溫度范圍比擬大。0380V漸漸平滑起動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)及負(fù)載無(wú)沖擊可延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備使用壽命。該產(chǎn)品整體電路局部由兩大局部構(gòu)成：主回路和軟起動(dòng)中心控制器組成。主回路由晶閘管、壓敏電阻和綜合保護(hù)器組成。主要對(duì)于缺相、過(guò)載、過(guò)流都能可靠停機(jī)保護(hù)。軟起動(dòng)控制器主要由軟起動(dòng)控制板驅(qū)動(dòng)模塊及同步變壓器組成，其重要功能是接收脈沖信號(hào)，并在脈沖信號(hào)的控制下按預(yù)定時(shí)間改變晶閘管的導(dǎo)通角，以到達(dá)軟起動(dòng)控制的目的。58096構(gòu)成軟起動(dòng)器該軟起動(dòng)器主要由CPU和8096的主控板、驅(qū)動(dòng)板、電機(jī)主控制回路、控制面板

21、組成，具有控制功能、電機(jī)保護(hù)功能及顯示、報(bào)警、參數(shù)設(shè)置功能。本系統(tǒng)主要功能：控制功能：自動(dòng)/手動(dòng)控制電機(jī)啟、停。保護(hù)功能：涉及整個(gè)系統(tǒng)。缺相、相序錯(cuò)、電機(jī)過(guò)流、過(guò)載等任一異常時(shí)，保護(hù)動(dòng)作自動(dòng)停機(jī)。監(jiān)視、報(bào)警功能：實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行工況，在控制盤上有主回路電流、電壓指示及顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，控制盤上有詳細(xì)的故障報(bào)警顯示，同時(shí)向中控室發(fā)警報(bào)信號(hào)。6智能性軟起動(dòng)器整個(gè)系統(tǒng)包括由主電路CPU、觸發(fā)驅(qū)動(dòng)單元、參數(shù)設(shè)置和狀態(tài)顯示單元、保護(hù)電路以及輸出單元。CPU根據(jù)參數(shù)和設(shè)置方式以及實(shí)時(shí)檢測(cè)值控制a角的大小，以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓、限流軟起動(dòng)。另外，智能性軟起動(dòng)器可以設(shè)置3種起動(dòng)方式，即電壓方式、助起

22、動(dòng)方式和電流方式；可以設(shè)置為自由停機(jī)、軟停機(jī)和能耗停機(jī)3種停機(jī)方式。智能型軟起動(dòng)器能實(shí)現(xiàn)短路、缺相、內(nèi)部故障及過(guò)載自鎖功能，還具有過(guò)載信號(hào)輸出、起動(dòng)結(jié)束信號(hào)輸出和能耗制動(dòng)狀態(tài)輸出功能。78098構(gòu)成的變頻調(diào)速軟起動(dòng)器該系統(tǒng)采用了單片機(jī)技術(shù)可以做到平穩(wěn)地逐步升高電壓，同時(shí)考慮到由于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電壓的下降而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也將減小電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與外接電壓的平方成反比。根據(jù)只要U/F不變那么轉(zhuǎn)動(dòng)力矩不變的原理，該系統(tǒng)除了設(shè)定工頻50HZ軟起動(dòng)外，還采用了變頻技術(shù)進(jìn)行起動(dòng)，即在降低電壓的同時(shí)降低頻率，以保證電機(jī)起動(dòng)時(shí)有一個(gè)較大的力矩。這種軟起動(dòng)器主要是采用了8098 16位單片機(jī)作為核心部件，外部擴(kuò)展1片

23、27648KB ROM、1片28648KB EEPROM。2764用來(lái)存放關(guān)鍵數(shù)據(jù)、工作信息及口令等。并行I/O接口8255A的PA口及PB口的PB2PB0用于鍵盤掃描，以便實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話、參數(shù)設(shè)定及口令輸入。PB口除了讀出鍵盤掃描值外，主要用于顯示6位LED數(shù)碼管各種參數(shù)及信息。PC口擴(kuò)展LED信號(hào)燈，用于工作狀態(tài)及故障指示。高速輸入接口HSO05用于控制交頻及起動(dòng)，高速接入接口ACH4用來(lái)對(duì)電機(jī)的電流進(jìn)行檢測(cè)。擴(kuò)展的GAL16V8主要進(jìn)行譯碼以便系統(tǒng)進(jìn)行分時(shí)操作。8集成電路構(gòu)成的軟起動(dòng)器該控制電路主要由三片KJ006晶閘管移相電路、函數(shù)發(fā)生器、高頻信號(hào)發(fā)生器、同步信號(hào)及功放電路等組成。函數(shù)發(fā)

24、生器是固態(tài)起動(dòng)器的核心部件，它是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的起、停及軟起動(dòng)的關(guān)鍵。軟起動(dòng)到達(dá)降低起動(dòng)電流的目的，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能。高頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生脈沖，使功放管獲得高頻雙脈沖，以減少功放管的功耗。9一種基于FPGA技術(shù)的軟起動(dòng)器90年代，F(xiàn)PGA技術(shù)的出現(xiàn)使數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法發(fā)生了突破性變革，且促進(jìn)了電子數(shù)字系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)的開展。FPGA的一系列新穎功能，使電子設(shè)計(jì)者能夠在實(shí)驗(yàn)室里 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程、現(xiàn)場(chǎng)配置、現(xiàn)場(chǎng)修改和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，從而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字系統(tǒng)的集成化設(shè)計(jì)和應(yīng)用。應(yīng)用FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)，其流程可以分為三大局部：設(shè)計(jì)輸入，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證仿真。本控制器采用了XC4010E-3PQ160C芯片，該芯片具有1

25、44個(gè)IOBS端口，一萬(wàn)個(gè)可用邏輯門和豐富的內(nèi)部連線資源。同該系列中的其他產(chǎn)品相比除了具有一個(gè)存儲(chǔ)配置程序的分布式存儲(chǔ)器，由它來(lái)控制和驅(qū)動(dòng)前述的三類可配置單元，從而大大增強(qiáng)了芯片的邏輯功能。1.3 軟起動(dòng)器的開展方向短期展望：軟起動(dòng)將仍然以各種形式的降壓限流軟起動(dòng)為它的主要形式。從理論上說(shuō)，性能價(jià)格比高的產(chǎn)品將占有更大的市場(chǎng)份額。但是，在各種應(yīng)用場(chǎng)合，人們對(duì)于各種性能的側(cè)重面不同，使各類起動(dòng)產(chǎn)品包括傳統(tǒng)的星三角起動(dòng)在市場(chǎng)上都可能會(huì)贏得自己的一席之地。長(zhǎng)期展望: 變頻軟起動(dòng)將成為軟起動(dòng)的主流。各種形式的降壓軟起動(dòng)將與星三角起動(dòng)等技術(shù)一起歸并為傳統(tǒng)的起動(dòng)技術(shù)。隨著變頻器價(jià)格的逐漸下降，可靠性的進(jìn)一

26、步提高，也隨著技術(shù)人員水平的提高，僅僅為軟起動(dòng)而選用變頻器將不再會(huì)被人們認(rèn)為是一種奢侈。變頻軟起動(dòng)勝出的根本原因是：它可以在限流起動(dòng)電流不超過(guò)電機(jī)額定電流值的同時(shí)獲得大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可以實(shí)現(xiàn)包括軟停止在內(nèi)的各種起動(dòng)功能。于僅僅為軟起動(dòng)而制作的變頻器而言，應(yīng)在起動(dòng)完成后使變頻器脫電，使電動(dòng)機(jī)直掛電網(wǎng)。這樣做的目的是節(jié)能，消除無(wú)謂的損耗。這種操作應(yīng)該在絕對(duì)平安的不引起電流沖擊的條件下完成，或者叫做軟切換。軟切換的可能步驟是“先脫電后掛網(wǎng)或“先掛后脫。軟切換應(yīng)該在根本上不增加硬件例如軟切換電抗器的條件下主要靠軟件完成。未來(lái)成為主流產(chǎn)品的軟起動(dòng)裝置將是帶有軟切換功能的廉價(jià)的變頻器。2 軟起動(dòng)原理通常情況

27、下，電機(jī)的起動(dòng)采用直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)兩種方式。2.1 直接起動(dòng)的危害直接起動(dòng)是最簡(jiǎn)單的起動(dòng)方式，起動(dòng)時(shí)通過(guò)開關(guān)或接觸器將電機(jī)直接接到電網(wǎng)上。具有起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，起動(dòng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但其危害很大：1、電網(wǎng)沖擊大。過(guò)大的起動(dòng)電流 (空載起動(dòng)電流可到達(dá)額定電流的4-7倍 ，帶載可到達(dá)8-10倍或更大)，會(huì)造成電網(wǎng)壓降，影響其它用電設(shè)備的正常進(jìn)行。還可能使欠壓保護(hù)動(dòng)作，造成用電設(shè)備的有害跳閘。同時(shí)過(guò)大的起動(dòng)電流會(huì)使電機(jī)繞組發(fā)熱，從而加速絕緣老化 ，影響電機(jī)壽命。2、機(jī)械沖擊嚴(yán)重，過(guò)大的沖擊力矩容易造成電機(jī)轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)斷裂和定子端部繞組絕緣磨損，導(dǎo)致絕緣擊穿燒毀電機(jī)，轉(zhuǎn)軸扭曲，聯(lián)軸節(jié)、傳動(dòng)齒輪損傷和皮帶撕

28、裂等。起動(dòng)過(guò)程中的壓力突變往往造成泵系統(tǒng)管道、閥門的損傷，縮短使用壽命，影響傳動(dòng)精度，甚至影響正常的過(guò)程控制。所有這些都給設(shè)備的平安可靠運(yùn)行帶來(lái)威脅，同時(shí)也造成過(guò)大的起動(dòng)能量損耗，尤其當(dāng)頻繁起停時(shí)更加嚴(yán)重。2.2 傳統(tǒng)降壓起動(dòng)方式的性能比擬傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)主要有以下幾種方法 ：1、Y起動(dòng)；這種方法適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組采用接法的電機(jī)。定子有六個(gè)接頭引出端，接到轉(zhuǎn)換開關(guān)上 ，起動(dòng)時(shí)采用 Y接法 ，起動(dòng)完畢后再切換成接法。起動(dòng)電壓為220V，運(yùn)行電壓為380V。這種起動(dòng)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，起動(dòng)過(guò)程中消耗能量少。缺點(diǎn)是有二次電流沖擊 ，設(shè)備故障率高，需要經(jīng)常維護(hù)，所以不宜使用在頻繁起停的設(shè)備上

29、。2、自藕變壓器減壓起動(dòng)；三相自藕變壓器高壓邊接電網(wǎng)，低壓邊接電機(jī)。一般有幾個(gè)中心抽頭 ，可選擇不同的電壓比，以適應(yīng)不同起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，在電機(jī)起動(dòng)完畢后將其切除。其優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電壓可以選擇，如0.65、0.8或0.9Ue(Ue為額定電壓)，以適應(yīng)不同負(fù)載的要求。缺點(diǎn)是體積大、重量重，且要消耗較多的有色金屬，故障率高，維修費(fèi)用高。3、磁控軟起動(dòng)器 ：磁控軟起動(dòng)器是利用控磁限幅調(diào)壓的原理，在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中電壓可由一個(gè)較低值平滑地上升到全壓，使電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩勻速增加，起動(dòng)特性變軟，并可實(shí)現(xiàn)軟停車。但其起動(dòng)電壓在200V左右，用戶不可調(diào)整，會(huì)有較大的電流沖擊，且體積較大。2.3 軟起動(dòng)器介紹軟起動(dòng)器是一

30、種集電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新型電動(dòng)機(jī)控制裝置，國(guó)外稱為Soft Starter。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路。軟起動(dòng)器實(shí)際是一個(gè)晶閘管調(diào)壓調(diào)速的線路，改變晶閘管的觸發(fā)角，就可以調(diào)節(jié)晶閘管調(diào)壓電路的輸出電壓，其特點(diǎn)是電機(jī)轉(zhuǎn)矩與加在定子端的電壓平方成正比，同時(shí)電機(jī)電流與定子電壓成正比。因此，可以通過(guò)控制加在電機(jī)定子上的電壓對(duì)電機(jī)加速轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流進(jìn)行限制，以降低電機(jī)起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的過(guò)高起動(dòng)電流和起動(dòng)力矩。電壓的變化可通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟起動(dòng)器主回路每相由兩只晶閘管反并聯(lián)，采用全數(shù)字無(wú)矢量控制技術(shù)。工作時(shí)，CPU收到

31、控制信號(hào)后，根據(jù)用戶的設(shè)定自動(dòng)控制晶閘管觸發(fā)脈沖移相，使得電機(jī)按設(shè)定的曲線平滑起動(dòng)。起動(dòng)結(jié)束后，CPU發(fā)出信號(hào)，使旁路真空接觸器進(jìn)入正常工作狀態(tài)，晶閘管暫停工作。需要停車時(shí)，給出停車信號(hào)，CPU控制真空接觸器斷開，同時(shí)控制晶閘管觸發(fā)脈沖移相(與起動(dòng)時(shí)方向相反)，由晶閘管完成軟停車過(guò)程。慣性停車時(shí)，CPU直接控制真空接觸器斷開，電機(jī)斷電，實(shí)現(xiàn)慣性停車。2.4 軟起動(dòng)器特點(diǎn)本軟起動(dòng)器以80C196KC單片機(jī)為核心，運(yùn)用雙向晶閘管調(diào)壓的方法，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平滑起動(dòng)。它具有如下主要特點(diǎn)：1單片機(jī)全數(shù)字自動(dòng)控制；2起始轉(zhuǎn)矩可調(diào)，可為額定轉(zhuǎn)矩的3倍；3爬坡時(shí)間內(nèi)可調(diào)；4起動(dòng)電流可在額定電流內(nèi)調(diào)整；5可保存起

32、動(dòng)參數(shù)，關(guān)機(jī)后參數(shù)不喪失。2.5 軟起動(dòng)原理軟起動(dòng)裝置是利用性能先進(jìn)的單片機(jī)來(lái)控制大功率晶閘管組件的導(dǎo)通角，以產(chǎn)生平滑的轉(zhuǎn)矩。逐漸增加施于交流電動(dòng)機(jī)上的交流電壓，使電機(jī)能按預(yù)先設(shè)定的方式和參數(shù)漸進(jìn)的加速，即到達(dá)軟起動(dòng)的目的。目前軟起動(dòng)主要有以下五種起動(dòng)方式，如圖21所示：圖2-1電動(dòng)機(jī)的五種軟起動(dòng)方式限流起動(dòng)：顧名思義是限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，它主要是用在輕載起動(dòng)的負(fù)載降低起動(dòng)壓降，在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間，損失起動(dòng)力矩，對(duì)電動(dòng)機(jī)不利。斜坡電壓起動(dòng)：顧名思義是電壓由小到大斜坡線性上升，它是將傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)從有級(jí)變成了無(wú)級(jí)，主要用在重載起動(dòng)，它的缺點(diǎn)是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性拋物

33、線型上升對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)不利，且起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)有損于電機(jī)。轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)：用在重載起動(dòng)，它是將電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩由小到大線性上升，它的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)平滑，柔性好，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有更好的保護(hù)，它的目的是保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)，延長(zhǎng)拖動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。同時(shí)降低電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，是最優(yōu)的重載起動(dòng)方式，它的缺點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)：相仿也是用在重載起動(dòng)，不同的是在起動(dòng)的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短起動(dòng)時(shí)間。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負(fù)荷，應(yīng)用時(shí)要特別注意。電壓控制起動(dòng)：是用在輕載起動(dòng)的場(chǎng)合，在保證起動(dòng)壓降下發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短了起動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的

34、輕載軟起動(dòng)方式。2.6 三相晶閘管調(diào)壓原理利用三相晶閘管可以實(shí)現(xiàn)三相電壓的調(diào)壓，其原理圖見圖2-2。其調(diào)壓原理為：控制晶閘管的觸發(fā)角，晶閘管門極的觸發(fā)相序是VT1、VT3、VT5，觸發(fā)相序依次滯后120度，VT4，VT6，VT2的觸發(fā)相序又分別滯后于VT1、VT3、VT5180度，這樣，VT1VT6依次滯后60度。當(dāng)觸發(fā)角改變時(shí)，三相相電壓也隨之變化。圖2-2電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理電路圖3 主回路設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)工作原理電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器由主電路、同步電路、檢測(cè)電路等組成，此外還有顯示、鍵盤、通訊等模塊。本系統(tǒng)采用三相分支雙相控制電路，可控硅觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生與移相由單片機(jī)控制輸出，經(jīng)過(guò)功放電路送到可控硅的

35、門級(jí)，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖31所示，速度給定信號(hào)與速度的反應(yīng)信號(hào)的偏差作為速度控制器的輸入信號(hào)，而速度控制器的輸出信號(hào)與電流的反應(yīng)信號(hào)的偏差作為電流控制器的輸入信號(hào)，電流控制器的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離去驅(qū)動(dòng)晶閘管到達(dá)調(diào)速的目的。本次設(shè)計(jì)是利用三相晶閘管調(diào)壓原理來(lái)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的，其主回路原理圖見圖3-2所示。其工作原理為：在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)開始時(shí)，QF閉合，控制晶閘管的觸發(fā)角為最大，即180度，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為0，逐漸減小晶閘管的觸發(fā)角，使起動(dòng)電流逐漸平穩(wěn)的上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)電動(dòng)機(jī)電流的額定值后，KM閉合，晶閘管電路被旁路掉，軟起動(dòng)裝置退出運(yùn)行。程序存儲(chǔ)器LED顯示觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)模塊主回路晶閘管門

36、極鍵盤EXTINTBUSHIS I/O 80C196KCA/D HI/O電機(jī)同步電路電流檢測(cè)電壓檢測(cè) 電壓給定圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3-2裝置整機(jī)電路原理框圖軟停車時(shí)，KM斷開，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的電流最大，晶閘管的觸發(fā)角為最小，逐漸增大晶閘管的觸發(fā)角，使電動(dòng)機(jī)的電流平穩(wěn)的減小，直至晶閘管的觸發(fā)角為最大,電動(dòng)機(jī)的電流降為0，到達(dá)軟停車的目的。軟停車的電流曲線如圖4：圖3-3 軟停車電流變化曲線3.2 旁路系統(tǒng)旁路系統(tǒng)：電機(jī)運(yùn)行時(shí)可以防止軟起動(dòng)器產(chǎn)生諧波。晶閘管僅在起動(dòng)停車時(shí)工作，防止長(zhǎng)期運(yùn)行使晶閘管發(fā)熱，延長(zhǎng)使用壽命。當(dāng)軟起動(dòng)器發(fā)生故障，可由旁路作為應(yīng)急備用。其結(jié)構(gòu)如下列圖6所示無(wú)旁路系統(tǒng)：其結(jié)構(gòu)如下

37、列圖5所示 圖3-4 無(wú)旁路系統(tǒng) 圖3-5 旁路系統(tǒng)3.3 晶閘管的參數(shù)計(jì)算晶閘管的選擇主要依據(jù)以下參數(shù)：通態(tài)平均電流IT(AV)、斷態(tài)重復(fù)峰值電壓U及反向重復(fù)峰值電壓U。通態(tài)平均電流I的計(jì)算方法為：當(dāng)知道電流的有效值I時(shí)，I2對(duì)于本系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如下：鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)Y接：額定功率：P=110KW 額定電壓：U=380V 額定電流：I=220A 額定轉(zhuǎn)速：n=1460r/min 依據(jù)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)可以求得： I2=210280V斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UUDRM及反向重復(fù)峰值電壓UURRM的計(jì)算方法為:當(dāng)晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓為Um時(shí) :U=U= U=(23)Um 對(duì)三相電路 : U= U

38、= U=23Um=10761604取I=250A；U=1500V?？蛇xKP25-15型的晶閘管。3.4 交流過(guò)電壓保護(hù)交流側(cè)可能產(chǎn)生過(guò)電壓的現(xiàn)象，例如，降壓變壓器初級(jí)合閘時(shí)，初級(jí)施加的高壓會(huì)通過(guò)初、次級(jí)繞組間的分布電容耦合到次級(jí)，使之出現(xiàn)感應(yīng)過(guò)電壓。除了這種操作過(guò)電壓外，還有由于雷擊等外部因素侵入電網(wǎng)的偶然性的浪涌過(guò)電壓，過(guò)電壓倍數(shù)會(huì)更高。交流過(guò)電壓可以采用壓敏電阻保護(hù)，壓敏電阻是一種常見的非線性保護(hù)元件。因伏安特性對(duì)稱于原點(diǎn)，故具有雙向限壓作用。壓敏電阻是由氧化鋅等燒結(jié)而成的非線性電阻元件。具有明顯的擊穿電壓，在施加電壓低于擊穿電壓時(shí)，漏電流僅為微安級(jí)，損耗?。辉谑┘与妷撼^(guò)擊穿電壓時(shí)，壓敏

39、電阻擊穿，可以通過(guò)很大的浪涌電流，幾乎呈現(xiàn)恒壓特性。壓敏電阻的選擇主要根據(jù)額定電壓和通流容量。本系統(tǒng)中依據(jù)電動(dòng)機(jī)和晶凈閘管的參數(shù)查表可得：MYG3/MYG4-680V型的壓敏電阻符合要求，其具體參數(shù)如下：標(biāo)稱電壓：680V 最大連續(xù)工作交流電壓：420V電源電壓：380V 最大限制電壓：1120V3.5 過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)可以采用串聯(lián)熔斷器、過(guò)電流繼電器、快速開關(guān)、電子過(guò)電流保護(hù)等方法。合理的配置與選擇過(guò)電流保護(hù)是能否起到有效保護(hù)作用的關(guān)鍵?？焖偃蹟嗥魇悄壳皬V泛應(yīng)用的保護(hù)措施，在發(fā)生過(guò)電流時(shí)，利用其快速熔斷特性和晶閘管過(guò)載特性相配合，使其先期熔斷并切斷電路，保護(hù)晶閘管?？焖偃蹟嗥骶哂型ㄟ^(guò)電流

40、越大，熔斷時(shí)間越短的特點(diǎn)，適合作短路保護(hù)，但是不宜作過(guò)載保護(hù)。快速熔斷器的選擇主要依據(jù)額定電壓UKT、額定電流Ikr兩個(gè)參數(shù)。本系統(tǒng)中快速熔斷器可以選擇RS3-500/250型，其主要參數(shù)如下：額定電壓：500V 熔斷器額定電流：300A熔斷體額定電流：250A 最大耗散功率：85W 3.6 晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓阻容保護(hù)在晶閘管關(guān)斷過(guò)程中，因反向電流迅速減小，回路中會(huì)產(chǎn)生很高的過(guò)電壓。一般來(lái)說(shuō)，晶閘管的關(guān)斷過(guò)電壓通常是采用晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)。本系統(tǒng)中依據(jù)需要電阻R和電容可以選擇R=75F3.7 電流檢測(cè)本設(shè)計(jì)中的電流檢測(cè)環(huán)節(jié)主要使用的是電流互感器，利用其檢測(cè)出交流電流，經(jīng)由二極管組成的整流橋電

41、路變換成直流后再送入CPU內(nèi)，CPU根據(jù)事先的設(shè)定作出處理，從而控制電流的變化區(qū)域，即實(shí)現(xiàn)了電流環(huán)的功能。其圖如下列圖3-6所示：此局部各元件的具體參數(shù)如下圖。圖3-6 電流檢測(cè)3.8 測(cè)速控制本設(shè)計(jì)中的轉(zhuǎn)速環(huán)是通過(guò)測(cè)速發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓送入80C196KC，經(jīng)CPU按照預(yù)先設(shè)計(jì)的要求處理后發(fā)出控制信號(hào)對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，即實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速環(huán)的功能。如圖3-7所示：根據(jù)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)Y接的參數(shù)可以確定出轉(zhuǎn)速環(huán)各部件的參數(shù)如下：測(cè)速發(fā)電機(jī)： 功率：22W 轉(zhuǎn)速：2000r/min其它參數(shù)見圖3-7所示：圖3-7 轉(zhuǎn)速測(cè)量4 控制回路設(shè)計(jì)控制回路以80C196KC單片機(jī)為核心，主要由同步信

42、號(hào)電路、觸發(fā)電路、反應(yīng)電路、鍵盤電路和顯示電路5局部組成。4.1 功能模塊分述4.1.1 80C196KC80C196KC是CHMOS高性能16位單片機(jī)中第二代產(chǎn)品，其芯片如圖5：圖4-1 80C196KC芯片80C196KC有68個(gè)引腳，5個(gè)8位I/O口，其中P0是只用于輸入的口，與A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端共享引腳；P1是準(zhǔn)雙向口；P2是多功能口；P3和P4可作雙向口或系統(tǒng)總線。6個(gè)HSO輸出端口，4個(gè)輸入端口。它的主要特征有：80C196KC內(nèi)部EPROM/ROM為16KB，內(nèi)部RAM為488字節(jié)，采用“垂直窗口結(jié)構(gòu)使新增的256字節(jié)的RAM通過(guò)窗口映射同樣可以作為通用存放器來(lái)訪問(wèn)。 =

43、2 * GB3 有3個(gè)PWM脈寬調(diào)制輸出； = 3 * GB3 80C197KC對(duì)HSO增加了一條新的的命令格式，可對(duì)所有的HSO引腳同時(shí)尋址； = 4 * GB3 80C196KC的A/D 轉(zhuǎn)換器可采用10/8位轉(zhuǎn)換方式，此外還可以對(duì)采樣時(shí)間和轉(zhuǎn)換時(shí)間進(jìn)行選擇； = 5 * GB3 80C196KC有兩個(gè)不可擦出的可編程存儲(chǔ)器UPROMUNERASABLE PPROM，強(qiáng)了加密手段 = 6 * GB3 80C196KCK可采用16MHz的晶振，起速度比12MHz快33%；1存儲(chǔ)空間80C196KC內(nèi)部EPROM/ROM為16KB，內(nèi)部RAM為488字節(jié)，采用“垂直窗口結(jié)構(gòu)使的新增的256字節(jié)

44、的RAM通過(guò)窗口映射同樣可以作為通用存放器來(lái)訪問(wèn)。2定時(shí)器80C196KC有兩個(gè)定時(shí)器，3高速輸入器HSI高速輸入器HSI用于記錄某一外部事件發(fā)生的時(shí)間，時(shí)間基準(zhǔn)又定時(shí)器1提供，共可以記錄8個(gè)事件。有4根引腳HSI.0HSI.3可以作高速輸入腳，其中和是雙向引腳，也可以用作高速輸出引腳和，它們的功能靠I/O控制存放器IOC0和IOC1來(lái)選擇。它包括事件檢測(cè)器、先進(jìn)先出FIFO隊(duì)列存放器，保持存放器、HSI時(shí)間存放器、HSI事件形式存放器、HSI狀態(tài)存放器組成。4高速輸出器HSO高速輸出HSO用于按程序設(shè)定的時(shí)間去觸發(fā)一事件，由于要求CPUCentral Processing Unit的開銷極少

45、，故速度極高，觸發(fā)的事件包括：起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換、復(fù)位定時(shí)器、設(shè)置4個(gè)軟件定時(shí)器標(biāo)志或接通多達(dá)6根輸出線HSO.0HSO.5，同一時(shí)可以掛號(hào)8個(gè)事件。當(dāng)事件被觸發(fā)時(shí)，還會(huì)發(fā)生中斷請(qǐng)求。HSO由HSO命令存放器、HSO時(shí)間存放器HSO保持存放器、內(nèi)容存放器CAM陣列、控制邏輯、多路開關(guān)、定時(shí)器1定時(shí)器2和輸出部件組成。5A/D轉(zhuǎn)換器80C196KC的A/D轉(zhuǎn)換器有兩種轉(zhuǎn)換方式:一種是逐次逼近型的10位A/D轉(zhuǎn)換，共有8個(gè)通道；另一種是8位的A/D轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換速度快，但分辨率低。采樣窗口和時(shí)間都可以用軟件來(lái)設(shè)置。其輸入引腳是與P0.0P0.7共享的ACH0ACH7。它是由一個(gè)8通道的摸擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、

46、一個(gè)采樣/持電路、一個(gè)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器、A/D命令存放器、A/D結(jié)果存放器和控制邏輯存放器等組成6模擬輸出80C196KC可以采用兩種模擬輸出:一是通過(guò)內(nèi)部脈寬調(diào)制器(PWM)提供,周期固定、占空比可變、分辨率為1/256的脈寬調(diào)制方波；另一種是通過(guò)HSO提供，周期和占空比可變、分辨率為1/65536的脈寬調(diào)制方波。兩種輸出都可以經(jīng)過(guò)濾波后變?yōu)橹绷髂M信號(hào)。利用HSO輸出PWM脈沖，可以把定時(shí)器1作為PWM中的計(jì)數(shù)器，把HSO中的一個(gè)CAM存放器作為PWM存放器。利用HSO產(chǎn)生PWM脈沖時(shí)，要向CAM寫2個(gè)數(shù)據(jù)，一個(gè)數(shù)據(jù)控制HSO的某一輸出腳變?yōu)楦唠娖?，另一?shù)據(jù)控制同一輸出腳變?yōu)榈碗娖健?/p>

47、CAM有8個(gè)存放器，共可以控制HSO的四根輸出線。通過(guò)修改寫入CAM的數(shù)據(jù)可以改變輸出的脈沖周期和占空比，定時(shí)器1輸入脈沖周期為2s，所以輸出PWM脈沖周期最高咳達(dá)約131ms。此時(shí)輸出的是TTL電平的脈沖，為得到較高精度的8位D/A輸出，在濾波前應(yīng)先經(jīng)過(guò)緩沖，使PWM信號(hào)的幅度為05V。4.1.2 ULN2803ULN2803通常用作驅(qū)動(dòng)，在本設(shè)計(jì)中將其用作顯示電路中LED的驅(qū)動(dòng)，其引腳如圖4-2所示：圖4-2 芯片ULN28034.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.2.1 CPU電路由80C196KC為核心組成的CPU電路包括程序存儲(chǔ)器EPROM電路、總線及讀寫控制電路以及CPU的時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和報(bào)警電

48、路等，由于80C196KC內(nèi)部沒有程序存儲(chǔ)器ROM,故其外圍電路必須擴(kuò)展EPROM,并且使用地址鎖存器74LS373鎖存地址,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)地址復(fù)用.在此不再詳述，其電路圖4-3所示： 圖4-3 CPU電路4.2.2 同步信號(hào)電路同步信號(hào)電路如圖4-4所示。來(lái)自同步變壓器的二次電壓Uta、Utb、Utc與反并聯(lián)晶閘管的三相交流電壓同相位。Uta、Utb、Utc經(jīng)R1、C1濾波電路附加相移30、波形變換、光耦隔離、整形電路后輸出三相方波電壓，記為KA、KB、KC。三相方波分別送給80C196KC單片機(jī)的P4口的P4.5、P4.6、P4.7端。CPU根據(jù)KA、KB、KC的值能判斷三相交流電源的相位。三

49、相方波信號(hào)經(jīng)D4、D5、D6異或門電路產(chǎn)生6倍頻的脈沖信號(hào)Utp,脈沖寬度取決于R4、C2電路的參數(shù)。波形分析如圖4-5所示。同步脈沖信號(hào)Utp加到80C196KC外中斷輸入EXTINT端，作為同步中斷信號(hào)。Utp同時(shí)加到高速輸入電路的HSI.1端，以供監(jiān)視同步中斷信號(hào)Utp是否正?？梢詸z測(cè)到缺相故障。4.2.3 晶閘管移相觸發(fā)脈沖電路移相控制時(shí)通過(guò)同步中斷脈沖開始后的延時(shí)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。同步中斷脈沖的硬件電路前面已述。移相控制是由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于工頻交流電源，每個(gè)工頻周期為20毫秒。因此，移相控制角和延時(shí)時(shí)間是對(duì)應(yīng)的。在96系列單片機(jī)中，由高速輸出系統(tǒng)HSO實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制不需占用CPU的處理事

50、件。這是一大優(yōu)點(diǎn)。對(duì)應(yīng)移相控制角的延時(shí)時(shí)間常數(shù)用TA表示。經(jīng)分析，在晶振頻率為12MHz時(shí)，狀態(tài)周期為0.25微秒，那么定時(shí)器T1的計(jì)時(shí)周期為Tj=800.25=2ms。那么TA與的關(guān)系為：T=.=式中，期望的移相控制角圖4-4 同步電路圖4-5 同步電路波形分析當(dāng)從0變化到180式，TA從0變化到5000，即TA的最大值TAMM=5000。顯然，通過(guò)限制TA，即可限制min,max.按照模擬觸發(fā)電路的思路，觸發(fā)電路的控制電壓Uct的關(guān)系為：TA=TAMM-Uct式中，TA的取值范圍為0TAMM。TAHSO.5端分別輸出16脈沖，但這6根引腳輸出地為單脈沖，經(jīng)或非電路D1D6后，輸出為雙窄脈沖

51、。經(jīng)光耦隔離電路、功率防大電路及脈沖變壓器后輸出雙窄觸發(fā)脈沖。例如，經(jīng)TM1，也稱為補(bǔ)脈沖由此也說(shuō)明，對(duì)1至6單脈沖是有相序要求的，即對(duì)同步電壓Ura、Urb、Urc有相序要求。不然，如果同步電壓相序不正確，會(huì)導(dǎo)致1雙脈沖中的補(bǔ)脈沖即2單脈沖要超前1單脈沖，從而使整流器的控制角在不同相序條件下相差60。圖4-6 雙脈沖形成及脈沖輸出電路如圖4-7所示，相電壓的交點(diǎn)T1T6，就是可控硅六個(gè)管的控制起點(diǎn)，六個(gè)管的導(dǎo)通的順序?yàn)镾CR1、SCR2、SCR3、SCR4、SCR5、SCR6。取線電壓Ubc從負(fù)半波到正半波的過(guò)零G即T1時(shí)刻，作為同步基準(zhǔn)點(diǎn)，那么觸發(fā)導(dǎo)通的第一對(duì)可控硅為SCR1和SCR6。根

52、據(jù)波形圖可以知道個(gè)可控硅的觸發(fā)時(shí)間及觸發(fā)順序如圖4-8所示：。 UA1UB1UC10tUtt00Utp1Utp2Utp3Utp4Utp5Utp6Utp1圖4-7 相、線電壓波形圖與可控硅觸發(fā)時(shí)間的關(guān)系圖4-8 各可控硅觸發(fā)時(shí)刻與順序4.2.4 鍵盤電路本系統(tǒng)設(shè)置了MODE方式選擇鍵、LOCK鎖定鍵、UP增量鍵、DOWN減量鍵4個(gè)鍵，通過(guò)程序可以檢測(cè)鍵盤是否一次按下或一直按下，即掃描鍵盤的狀態(tài)，其圖如4-9所示：圖4-9 鍵盤電路圖 圖4-10 7段數(shù)碼管LED4.2.5 顯示電路LEDLght emitting diode是一種外加電壓陽(yáng)極電位比陰極電位高超過(guò)額定電壓時(shí)發(fā)生擊穿，從而流過(guò)電流并

53、發(fā)出可見光紅色、綠色、黃色或橙色的器件。LED是屬于電流控制型期間其工作電流通常在220mA范圍內(nèi)，工作壓降2V左右，使用時(shí)必須加限流電阻。由于LED體積小、功耗省、響應(yīng)快、所以用途很廣。除了作為微機(jī)顯示器，還可以用于大屏幕顯示裝置。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常使用8個(gè)LED器件組成的七段LED顯示器。其中7個(gè)LED構(gòu)成七筆字型，另一個(gè)LED構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)故有時(shí)也稱為八段顯示器，如圖4-10所示：本系統(tǒng)中的顯示即是采用7段數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)ULN2803驅(qū)動(dòng)，再接限流電阻，最后接到數(shù)碼管上，即LED顯示。此局部只需要要確定限流電阻，其阻值為：R=1K5 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化模塊化思想，程序主要由

54、3局部組成：軟起動(dòng)HSO子程序、保護(hù)子程序、顯示子程序3局部。采用96系列單片機(jī)匯編語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的判斷、分析，控制功能。5.1 主程序設(shè)計(jì)主程序主要完成初始化、鍵盤顯示、速度PID運(yùn)算、電流PID運(yùn)算和標(biāo)度變換等功能。程序流程圖如下列圖5-1所示：初始化 開中斷鍵盤速度PID顯示電流PID圖5-1 主程序流程圖5.2 速度PID程序其程序如下列圖5-2所示：輸入 Cn Rn 計(jì)算en= rn -cn計(jì)算Pp=Kp(en-en-1)計(jì)算PI=KI*enun un-1, en-1 en-2 en en-1 unun= un-1+PI+Pp+PD計(jì)算PI+Pp計(jì)算PD=KD(en-2en-1

55、-en-2)返回圖5-2 速度PID程序流程圖參數(shù)內(nèi)存符號(hào)說(shuō)明存儲(chǔ)單元符號(hào)說(shuō)明3AHee低8位3BHee高8位3CHee低8位3DHee高8位2AHC采樣值3EHee低8位2BH暫存單元3FHPP高8位2FHuu高8位40HPP低8位30Huu低8位45HK導(dǎo)通定時(shí)31Hr給定值高8位46H暫存單元32Hr給定值低8位47H暫存單元33HKK高8位48H暫存單元34HKK低8位49H暫存單元35HKK高8位4AH暫存單元36HKK低8位4BH暫存單元37HKK高8位4CH暫存單元38HKK低8位4DH暫存單元39Hee高8位暫存單元5.3 電流PID其程序流程圖如下列圖5-4所示：輸入 計(jì)算e

56、n= rncn計(jì)算Pp=Kp(en-en-1)計(jì)算PI=KI*enun un-1, en-1 en-2 en en-1 unun= un-1+PI+Pp+PD計(jì)算PI+Pp計(jì)算PD=KD(en-2en-1-en-2)返回圖5-3 電流PID程序流程圖參數(shù)內(nèi)存分配表存儲(chǔ)單元符號(hào)說(shuō)明存儲(chǔ)單元符號(hào)說(shuō)明5BHee低8位5CHee高8位5DHee低8位5EHee高8位4EHC采樣值5FHee低8位4FH暫存單元60HPP高8位5OHuu高8位61HPP低8位51Huu低8位62HK導(dǎo)通定時(shí)52Hr給定值高8位63H暫存單元53Hr給定值低8位64H暫存單元54HKK高8位65H暫存單元55HKK低8位6

57、7H暫存單元56HKK高8位68H暫存單元57HKK低8位69H暫存單元58HKK高8位6AH暫存單元59HKK低8位6BH暫存單元5AHee高8位暫存單元各局部程序見附錄1 程序清單。結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器主要由80C196KC、2864A、74LS373、ULK2803等元器件和CPU主板、主控顯示面板、驅(qū)動(dòng)板、電動(dòng)機(jī)控制回路組成，具有根本的控制功能、電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能、報(bào)警、參數(shù)設(shè)置等功能。經(jīng)過(guò)我和與我同組設(shè)計(jì)主要做軟件設(shè)計(jì)的同學(xué)的共同努力下，我們調(diào)試成功了軟起動(dòng)器的局部程序，并解決了電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停車的平滑控制。我們用2864A來(lái)擴(kuò)展單片機(jī)的外圍程序存儲(chǔ)器，利用同步移相觸發(fā)電路來(lái)

58、控制晶閘管的倒通。本系統(tǒng)的主要功能有：1實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和停車的平滑性；2實(shí)現(xiàn)了各種過(guò)電壓、過(guò)電流的保護(hù)，一出現(xiàn)異常，馬上報(bào)警并自動(dòng)跳閘；3實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流幅值和起動(dòng)時(shí)間的修改；4減少了系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓的沖擊。在本次電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置的研究設(shè)計(jì)中，我不僅提高了綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，而且提高了科研和工程實(shí)踐技能水平，也提高了我的運(yùn)算能力、識(shí)圖與制圖能力、實(shí)驗(yàn)與調(diào)試能力、查閱手冊(cè)、使用國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和信息資料檢索能力，文字表達(dá)能力和一般組織能力。致 謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)將近3個(gè)月，用到的知識(shí)比擬多，涉及范圍也比擬廣，難度也較大，但在王新老師的幫助下得已順利完成。在此我對(duì)王老師表示由衷的感謝！由于

59、時(shí)間倉(cāng)促，許多方面可能還沒有考慮周到，存在一些缺乏之處，希望得到各位老師的幫助加以更正。最后由衷的感謝王老師以及給予我?guī)椭耐瑢W(xué)！參考文獻(xiàn)1陳伯時(shí).交流調(diào)速系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2胡崇岳.現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，3周明寶.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出報(bào)社，4高東林.單片機(jī)系統(tǒng)可靠掉電保護(hù)的實(shí)現(xiàn).測(cè)控技術(shù)，5蔡洪亮.三相異步電動(dòng)機(jī)的晶閘管軟起動(dòng)方法及設(shè)計(jì).黑龍江: 大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào),2000年12月,6.:浙江大學(xué)出版社,J19957.上海交通大學(xué)出版社,19958 黃俊.半導(dǎo)休變流技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19809D.湖南大學(xué)出版社，200210柳青.異步電動(dòng)機(jī)的軟

60、起動(dòng)與軟制動(dòng)技術(shù)J.湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002 11.東北電力技術(shù)J12袁運(yùn)華等.基于80C196KC的微機(jī)軟起動(dòng)及保護(hù)裝置的研制.中國(guó)農(nóng)村水利水電,2000年第6期13楊群.三相異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)技術(shù).節(jié)能技術(shù),14沈頤,歐陽(yáng)培昊,廖泰長(zhǎng).一種新型的異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制器.計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化,1999年12月15崔令洲.DWR-1電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)器.電子電路制作,2002年第一期16李志.大中型電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的應(yīng)用及改良.華中電力,2001年第3期17曾春年.智能性軟起動(dòng)器功能分析及應(yīng)用.武漢汽車工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1996年12月18潘新民.微型機(jī)在電機(jī)軟起動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用.微型機(jī)與應(yīng)用, 19