1、摘要世界上大多數(shù)國(guó)家對(duì)于電動(dòng)機(jī)消耗大約 70% 的電能總量感到十分苦惱。 到我們開始起動(dòng) 電動(dòng)機(jī)時(shí)如若不采取任何措施，則會(huì)在剛起動(dòng)的極短的時(shí)間內(nèi)，生成極大的的電流，其 電流的大小將會(huì)比額定的電流大很多,這并不是一種好的情況， 它會(huì)消耗很多電能。 同樣的這種情況下，將會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，更嚴(yán)重時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的后果，甚至影 響其它系統(tǒng)的工作，不采取任何措施的啟動(dòng)方式還會(huì)產(chǎn)生極大的轉(zhuǎn)矩，這種極大的轉(zhuǎn)矩 產(chǎn)生的沖擊力會(huì)產(chǎn)生極大的危害，無論是對(duì)電機(jī)，還是對(duì)電機(jī)所關(guān)聯(lián)的設(shè)備都會(huì)造成很 大的危害與影響。這是世界各國(guó)所不愿意看到的同樣的不采用任何措施就將電機(jī)起動(dòng)，導(dǎo)致很多能量的損失。因此，起動(dòng)電機(jī)時(shí)使

2、用一定的手段，會(huì)減少很多能量的浪費(fèi)，同樣的用這種手段也會(huì)減少起動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的極大 的轉(zhuǎn)矩，減少?zèng)_擊，這樣也就會(huì)對(duì)其它系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)并對(duì)安全性進(jìn)行一定的提高，是非 常重要的步驟。所以，起動(dòng)電動(dòng)機(jī)使用一定的手段是必須的。本設(shè)計(jì)考慮到的軟起動(dòng)技術(shù)是具有極高現(xiàn)實(shí)意義的,因此對(duì)交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。 并且通過分析和比較， 我們確定了以晶閘管組串聯(lián)結(jié)構(gòu)構(gòu)成主電路,以磁環(huán)變壓器驅(qū)動(dòng)二級(jí)晶閘管，借此來實(shí)現(xiàn)隔離和同步觸發(fā)，以AT89S52 型號(hào)的單片機(jī)為主控芯片，這樣我們就實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的控制，并設(shè)計(jì)了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)均壓之路。其次我們也 對(duì)其它具有檢測(cè)功能及電等輔助電路進(jìn)行了具體詳細(xì)的構(gòu)建 最后，以 MA T

3、LA B 這一仿真工具作為平臺(tái) ,通過全面對(duì)所設(shè)計(jì)的整體的系統(tǒng)進(jìn)行分析， 得到仿真的總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)框圖，并應(yīng)用所需要的仿真模塊，然后逐步搭建出所需要的 整體結(jié)構(gòu)，在整體結(jié)構(gòu)中，還進(jìn)行了所需的包括觸發(fā)部分的子系統(tǒng)的完成，運(yùn)用仿真手 段，獲得了沒有采取任何手段的方式下對(duì)電機(jī)起動(dòng)以及在軟起動(dòng)狀態(tài)下測(cè)得的能反映電 機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比， 得到了通過軟起動(dòng)的手段起動(dòng)電機(jī)， 將會(huì)大大改善其性能， 減小其對(duì)系統(tǒng)的危害的結(jié)論。關(guān)鍵詞：交流電動(dòng)機(jī) AT 89 S單片機(jī) 軟起動(dòng)AbstractFor many countries, an electric motor consumes about the to

4、tal amount of electrical energy. While starting a motor if it does not take any measures, will start in the extreme time, current generation greatly, the size of the current will be much larger than the rated current, in this case, the system will affect the normal work, more serious, and even affec

5、t other systems the work, will produce great torque, this impact will produce great harm, not only of the motor, causing great harm and influence will be related to the motor of the equipment.In the same way, starting the motor without any action will cause a lot of damage to the energy. and do not

6、use any measures to reduce, the maximum torque, reduce the impact, for the protection of other systems and enhance the safety, is a very important step.This design takes into account the soft starter technology has very high practical significance, determine the thyristor series structure of the mai

7、n circuit, the magnetic transformer driving two thyristor, isolation and synchronization trigger, with models of the main control chip to control the system. Secondly, in the system are also other important parts of the design, including the system for power supply, for simultaneous detection of on

8、line voltage angle difference measurement part.Finally, use the simulation tools as a platform, through the comprehensive analysis of the overall system design, design diagram of the overall structure simulation, simulation module application needs, and gradually build a whole structure of need, in

9、the whole structure, also were required including the trigger subsystem part of the simulation has been completed, do not take any measures under the motor starting, and the soft start state measured by comparing can reflect the running status of the motor data can be obtained by means of soft start

10、 motor, will greatly improve the performance and reduce the harm to the system.Key words: AC motor singlechip soft start目錄Abstract I第 1 章 緒論 51.1 課題研究的背景 61.2 課題研究的目的及意義 61.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 71.4 論文主要研究?jī)?nèi)容 7第 2 章 軟起動(dòng)基本原理及系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.3.1 斜坡電壓起動(dòng)的控制策2.1 三相交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程的分析 82.2 常見起動(dòng)方式102.2.1 斜坡電壓起動(dòng) 102.2.2 限流軟起動(dòng) 102.2.

11、2 轉(zhuǎn)矩控制軟起動(dòng) 112.2.4 轉(zhuǎn)矩加突跳起動(dòng) 11122.2 電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)系統(tǒng)電路的總體結(jié)構(gòu)分析2.3 電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制策略 12 略 122.3.2 轉(zhuǎn)矩控制的策略 122.4 晶閘管參數(shù)選擇 132.4.1 晶閘管的電流容量的選擇 132.4.2 晶閘管的耐壓選擇 13第 3 章 晶閘管軟起動(dòng)技術(shù)裝置硬件電路設(shè)計(jì) 143.1 系統(tǒng)的總體框圖 143.2 晶閘管均壓電路的設(shè)計(jì) 143.2.1 電路電壓分配不均的分析 141515151. 晶閘管自身靜態(tài)特性及其自身數(shù)值所產(chǎn)生的電壓不均2. 晶閘管自身動(dòng)態(tài)特性及其自身數(shù)值所產(chǎn)生的電壓不均3.2.2 晶閘管在串聯(lián)使用時(shí)解決電壓分配不均的方法

12、3.3 主控芯片的選擇 173.4 晶閘管的觸發(fā)電路 173.4.1 觸發(fā)電路的分析 173.4.3 觸發(fā)電路的工作過程 181.前級(jí)主電路 183. Buck 變換器的恒流控制電路 194. 全橋控制電路 193.5 同步信號(hào)電路 203.6 電流檢測(cè)及反饋電路 213.7 電壓檢測(cè)電路213.8 A/D 轉(zhuǎn)換電路223.9 通信部分電路223.10 電源部分電路233.10.1 5V 電源電路233.10.2 3.3V 電源電路 233.10.3 15V 電源電路 24第 4 章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 244.1 系統(tǒng)流程圖 244.2 系統(tǒng)初始化與自檢程序 254.3 同步中斷模塊 264

13、.4 電流閉環(huán)控制模塊 264.5 脈沖延時(shí)模塊 27第 5 章 MATLAB 仿真與分析 2727285.1 建立交流電機(jī)軟起動(dòng)的仿真模型5.1.1 仿真工具的介紹 275.1.2 仿真模型的基本單元參數(shù)設(shè)定5.1.3 主電路模塊 285.1.4 反并聯(lián)晶閘管模塊 285.1.5 觸發(fā)電路 295.1.6 軟起動(dòng)控制環(huán)節(jié) 295.2 仿真結(jié)果及分析 29結(jié) 論 31致 謝 錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn) 32附 錄 34第 1 章 緒論1.1 課題研究的背景 電機(jī)的出現(xiàn)讓社會(huì)得到極大的進(jìn)步，通過不斷的以實(shí)際為基礎(chǔ)的應(yīng)用的革新發(fā) 展，使得電機(jī)不論是在性能上還是在功能上都產(chǎn)生了讓人驚嘆的改善， 這些

14、改善 滿足了急速發(fā)展的社會(huì)不斷提高到需求。 人們運(yùn)用這些多種多樣的電動(dòng)機(jī)， 將電 能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能， 把這樣的功能， 使我們的生活得到了極大的改善， 這樣的改善 不僅使我們的生活水平得到了提高， 而且還促進(jìn)了人類的發(fā)展進(jìn)程。 目前電動(dòng)機(jī) 在生活中有著舉足輕重的地位， 是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的性能和它不可替代的作用。 在曾 經(jīng)技術(shù)和需求還不算很高的時(shí)候， 占據(jù)主導(dǎo)的位置還是直流機(jī)的應(yīng)用， 但是由于 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問題，會(huì)有許多無法用人為手段彌補(bǔ)的問題 ,所以人們把研究的重 點(diǎn)放在了交流電動(dòng)機(jī)上 ,這是因?yàn)榻涣麟妱?dòng)機(jī)著直流機(jī)無法媲美的諸多優(yōu)點(diǎn)而其中優(yōu)點(diǎn)最為突出的便是三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)， 它的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單， 制

15、作工藝 也不復(fù)雜，而且易于生產(chǎn)，價(jià)格也較為低廉 ,并且慣量小 ,運(yùn)行可靠 ,它能夠滿足工 廠苛刻條件下的需求。 所以在工業(yè)和日常生活中交流電動(dòng)機(jī)得到了越來越多的人 的認(rèn)可，因此得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用， 在當(dāng)今的時(shí)代交流電動(dòng)機(jī)有著不可替代 的作用。在現(xiàn)在社會(huì)中，運(yùn)用最為廣泛的電機(jī)便是交流電動(dòng)機(jī) ,這些都是因?yàn)榻涣麟妱?dòng)機(jī) 在結(jié)構(gòu)和性能的方面有著極其明顯的優(yōu)勢(shì)， 交流電動(dòng)機(jī)相比直流電動(dòng)機(jī)來說， 交 流電機(jī)更受現(xiàn)代社會(huì)的青睞， 但是任何事物都有其兩面性， 雖然交流電動(dòng)機(jī)比起 直流電動(dòng)機(jī)有著諸多優(yōu)點(diǎn)，但是其在起動(dòng)方面就需要進(jìn)行一定手段來進(jìn)行改善， 否則就會(huì)造成很多能量損失， 因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)與直流的電機(jī)有著極

16、大的不同， 如果其 不采取一定的方法進(jìn)行起動(dòng)的話， 在其轉(zhuǎn)速?gòu)淖铋_始提升到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的時(shí)候， 其 電流將會(huì)變化的非常大， 遠(yuǎn)超電動(dòng)機(jī)的可接受范圍， 這種起動(dòng)方式同樣也會(huì)產(chǎn)生 極大的沖擊， 這種沖擊對(duì)電機(jī)的危害是十分巨大的， 嚴(yán)重時(shí)不僅僅對(duì)電機(jī)的自身 的產(chǎn)生影響。 還會(huì)對(duì)其相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)造成很大的危害， 這樣的情況是被人們所不 能接受的， 所以交流電機(jī)不能在不采取任何措施的情況下起動(dòng)， 要通過一定的手 段來克服其結(jié)構(gòu)特性中所可能產(chǎn)生的存在問題的情況。 以此來減少那些不必要的 損失，從而獲得利益最大化。1.2 課題研究的目的及意義現(xiàn)如今，人類社會(huì)飛速發(fā)展， 科學(xué)的技術(shù)也在日新月異， 這也就造成了電動(dòng)機(jī)

17、也 起著越來越不可或缺的重要作用， 而在各種各樣的電動(dòng)機(jī)最重要的就是交流電動(dòng) 機(jī)。因?yàn)榻涣麟姍C(jī)有著其他電機(jī)所無法比擬的諸多優(yōu)點(diǎn)， 因?yàn)榻涣麟姍C(jī)的整體結(jié) 構(gòu)比較簡(jiǎn)單， 所以這就方便了人們對(duì)它進(jìn)行改造和修理， 并且因?yàn)樗?jiǎn)單的結(jié)構(gòu) 特性，也就導(dǎo)致了他在大小和質(zhì)量方面占領(lǐng)著極大的優(yōu)勢(shì)， 這讓他大大的符合現(xiàn) 代社會(huì)的需求和標(biāo)準(zhǔn)， 成為現(xiàn)代社會(huì)正常運(yùn)行的極其重要的一環(huán)， 雖然其有著如 此多的優(yōu)點(diǎn)， 但是這不是意味著它就是完美的。 他最大的缺點(diǎn)就是如果不采取任 何措施或者手段直接將其進(jìn)行起動(dòng)，電機(jī)在起動(dòng)過程的瞬間將會(huì)產(chǎn)生極大電流， 這些電流會(huì)對(duì)電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生影響的大小的電流，同時(shí)轉(zhuǎn)矩也將會(huì)產(chǎn)生極大的沖 擊，

18、這些影響的因素將會(huì)使電機(jī)產(chǎn)生異常的情況， 極大的損害電機(jī)， 并且損失很 多能量。并可能對(duì)其它的系統(tǒng)產(chǎn)生極大的損害， 所以交流電機(jī)是不應(yīng)被允許直接 起動(dòng)的，要采取一定的手段來減少這些損害， 讓其在實(shí)際應(yīng)用中得到最大的優(yōu)化。 針對(duì)電動(dòng)機(jī)存在的這一起動(dòng)問題， 人們對(duì)其起動(dòng)方式進(jìn)行了改進(jìn)， 人們針對(duì)這次 改進(jìn)，提出了許多傳統(tǒng)的起動(dòng)方式， 而其中最為典型的傳統(tǒng)啟動(dòng)方式包括定子串 電阻或電抗啟動(dòng)方式、 Y/ 的起動(dòng)方式等，這些傳統(tǒng)的方式被人們運(yùn)用了很久， 雖然有著諸多優(yōu)點(diǎn)并且能夠起到一定的改善作用， 但他們?cè)趯?shí)質(zhì)上是有級(jí)的降壓 起動(dòng)方式， 仍然還存在許多缺點(diǎn)， 例如這樣起動(dòng)方式是無法避免沖擊電流和轉(zhuǎn)矩 的

19、產(chǎn)生，而且對(duì)于連續(xù)調(diào)節(jié)瞬間電流和轉(zhuǎn)矩也是無法實(shí)現(xiàn)的； 工作時(shí)都是利用接 觸器來轉(zhuǎn)換電壓，這種方式回導(dǎo)致在切換的時(shí)候?qū)?huì)在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生電流沖 擊；并且接觸器的存在也會(huì)大幅增加機(jī)械故障發(fā)生概率， 這也就增加了檢修的工 作量。通過對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行全面的分析， 研究其結(jié)構(gòu)特性， 為了實(shí)現(xiàn)在整個(gè)起動(dòng)的短時(shí) 間的過程中， 能夠擁有滿足要求的轉(zhuǎn)矩， 并且在這個(gè)前提下還要保證這個(gè)過程中 的電流不會(huì)很大而不滿足要求， 我們?cè)诮?jīng)過了不斷的通過實(shí)際的應(yīng)用， 研究以及 實(shí)驗(yàn)后，發(fā)明了通過一定的手段來起動(dòng)電機(jī)， 就可以避免其可能產(chǎn)生的危害的軟 起動(dòng)的方法， 而在進(jìn)行了實(shí)際的操作后， 與我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)用這種方式所產(chǎn)生的實(shí)際

20、 效果表明，這一方法可以有效解決，不采用任何手段所產(chǎn)生的危害與問題。1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn) 狀 人們?cè)诙兰o(jì)七十年代的時(shí)候發(fā)明了用晶閘管為基礎(chǔ)的改善電機(jī)的起動(dòng)技術(shù)， 并被不斷的推廣和應(yīng)用， 已達(dá)到避免所不期望的情況發(fā)生， 也減小了危害的作用。 經(jīng)過不斷地摸索和研發(fā)， 國(guó)外已經(jīng)掌握了成型的技術(shù)應(yīng)用， 也正是因?yàn)檫@個(gè)原因， 他們形成了其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)， 在國(guó)外也開始有了許多著名的軟啟動(dòng)器產(chǎn)品生產(chǎn) 廠商，例如美國(guó)AB公司、英國(guó)CT公司、法國(guó)TE公司、德國(guó)的 AEG公司以及 歐洲的 ABB 公司等。為了更好地對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制以減少其可能產(chǎn)生的危害，國(guó) 外已經(jīng)開始通過先進(jìn)的技術(shù)和手段來研究新的方式方法，

21、實(shí)現(xiàn)更好的可靠與安全 的性能。雖然國(guó)外在這一領(lǐng)域方面已經(jīng)逐漸開始處于領(lǐng)先位置， 并掌握著先進(jìn)的 技術(shù)和理論， 但是還要對(duì)現(xiàn)實(shí)的情況進(jìn)行考慮， 結(jié)合可行性和資金性價(jià)比等方面 的考慮，現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的且實(shí)用的起動(dòng)技術(shù)仍然是晶閘管為基礎(chǔ)的起動(dòng)技術(shù)。 由于技術(shù)和資金限制， 低壓產(chǎn)品仍然是現(xiàn)在的主流。 現(xiàn)在的產(chǎn)品最高電壓等級(jí)為 12KV ，最大容量為 5000KW 。上世紀(jì) 90年代,軟起動(dòng)器由國(guó)外開始引入到了中國(guó)，但是因其價(jià)格較貴，未能得 到較高的認(rèn)知度而受到國(guó)內(nèi)的忽視。 但是隨著社會(huì)的快速發(fā)展， 對(duì)于電機(jī)的更高 要求，使得起動(dòng)時(shí)進(jìn)行一定的手段進(jìn)行調(diào)節(jié)變得十分具有現(xiàn)實(shí)的意義。 對(duì)于國(guó)內(nèi) 來說，這一技術(shù)

22、的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模， 但是技術(shù)的能力仍然存在一些不足的地方， 對(duì)于很多產(chǎn)品， 還要依賴對(duì)國(guó)外的成品進(jìn)行一定的模仿， 所以國(guó)內(nèi)的軟起動(dòng)領(lǐng)域 的發(fā)展與國(guó)外所達(dá)到的高度還有一定的差距。 國(guó)內(nèi)也開始形成了一些逐漸具有規(guī) 模的軟啟動(dòng)企業(yè)， 如雷諾爾和奧托等企業(yè)， 但是這些企業(yè)與國(guó)外品牌競(jìng)爭(zhēng)難度較 大。因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性高壓電機(jī)的軟起動(dòng)較難以實(shí)現(xiàn)較好的性能， 雖然它的數(shù) 量并不是占有較大的比例， 但是對(duì)于這樣電動(dòng)機(jī)， 軟起動(dòng)的需求性是并不亞于低 壓電動(dòng)機(jī)的。所以我國(guó)軟起動(dòng)技術(shù)尤其是高壓軟起動(dòng)方面還是比起國(guó)外有一定的 差距，還需要進(jìn)一步的發(fā)展和提高。1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容 隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提

23、高以及人類社會(huì)對(duì)于電動(dòng)機(jī)的要求越來越 高，電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能得到了巨大的改善和發(fā)展， 人們的生活水平的提高和工 業(yè)水平的提高也會(huì)隨著提高， 人們需要電動(dòng)機(jī)能夠具有更高的性能來適應(yīng)在新的 時(shí)代環(huán)境下對(duì)其提出的更加嚴(yán)格的性能指標(biāo) ,通過對(duì)現(xiàn)在的工業(yè)發(fā)展形勢(shì)以及交流電機(jī)在各個(gè)不同領(lǐng)域的具體應(yīng)用，對(duì)晶閘管軟啟動(dòng)裝置也開始進(jìn)行了深入的研 究和改革，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，是晶閘管調(diào)壓技術(shù)的 10KV交流電機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)的基 礎(chǔ)之上，對(duì)于其主控制芯片，并且考慮到它的性價(jià)比和性能等綜合因素，選用 AT89S52單片機(jī)作為主控芯片，并且結(jié)合人們對(duì)它們的實(shí)際要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)了 它的主電路和外圍具有不同功能的其他的電路。本文中

24、，根據(jù)7555與IR2110芯片的作用與功能的特性，通過具體的組合構(gòu)成來 實(shí)現(xiàn)具有觸發(fā)功能的電路，進(jìn)而控制開關(guān)管實(shí)現(xiàn)不同情況下的導(dǎo)通， 接著我們運(yùn) 用了磁環(huán)變壓器這一器件，通過它的結(jié)構(gòu)特性，來實(shí)現(xiàn)我們需要的同步觸發(fā)以及 高效隔離的作用，進(jìn)而改變電機(jī)的起動(dòng)的性能達(dá)到減少直接起動(dòng)所產(chǎn)生的危害的 作用，并減少它的能量損失，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)有效的軟起動(dòng)。第2章軟起動(dòng)基本原理及系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1三相交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程的分析圖2-1為三相交流電動(dòng)機(jī)的等效電路圖2-1異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化等效電路圖中，r1、r2'定子及轉(zhuǎn)子的電阻值x1、x'定子及轉(zhuǎn)子的漏抗rm鐵耗的等效電阻xm激磁電抗s 轉(zhuǎn)差率U1

25、、11 定子的電壓以及定子電流通過分析和整理，可以得到電動(dòng)機(jī)的具體關(guān)系式miU2 匸(2-3)2hr、 r1十一! 2+(X1 +X2 ) s丿 一sM ©GmCcOS 2(2-2)(2-3)(2-4)(2-5)r2cos 2二 cos 2(2-6)r2X2當(dāng)交流電動(dòng)機(jī)在最開始進(jìn)行起動(dòng)的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)并不會(huì)開始立刻運(yùn)行，此時(shí)n=0, s=1,根據(jù)分析可得到此時(shí)的轉(zhuǎn)矩Mst和電流1st的具體關(guān)系式:(2-7)1st 二 | 1(2-8)機(jī)械特性n=f(M)及電流特性n=f(l1)的曲線如圖2.2所示n.nin=f(l i)n=f(M)M0MaT*圖2-2電動(dòng)機(jī)的機(jī)械和電流特性在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行

26、的瞬間，n = 0并且s = 1。從以上r2的等效模擬電路來看，在剛起動(dòng)時(shí)不輸出機(jī)械功率，則（1-s） r2。所以，這時(shí)的起動(dòng)電流將會(huì)非常大，對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說，起動(dòng)電 流將會(huì)超過額定電流數(shù)倍。這些電流嚴(yán)重超過電動(dòng)機(jī)的承受能力，導(dǎo)致它們對(duì)電動(dòng)機(jī)造成極大的損害，會(huì)有大量的能量流失，并且還會(huì)對(duì)與之相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)造成損害。通過具體的計(jì)算以及關(guān)系式可知，在一定的前提條件下，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩大小以及電流的大小是和定子上的電壓是成正比的關(guān)系，所以通過電壓來控制其它電機(jī)特性從而改變其性能是可行的方式， 通過這種方式，也減小了電動(dòng)機(jī)受到的機(jī)械沖擊力，延長(zhǎng)電機(jī)各部件的使用壽命。是可以看出這種起動(dòng)方式是可以被運(yùn)用的

27、。2.2常見起動(dòng)方式2.2.1 斜坡電壓起動(dòng)因?yàn)槠錁O高的可行性與良好的性能，斜坡電壓的起動(dòng)方式在各個(gè)領(lǐng)域都有極其廣泛的應(yīng)用， 并因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的各個(gè)參數(shù)特性互不影響。圖2-1-1所示為該種起動(dòng)方法的函數(shù)描述。剛開始起動(dòng)時(shí)，給電動(dòng)機(jī)加壓使電動(dòng)機(jī)的端電壓在短時(shí)間內(nèi)上升到初始電壓，以達(dá)到電動(dòng)機(jī)擁有足夠的轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)負(fù)載的目的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)剛剛開始運(yùn)行之后，其速度將會(huì)被限制， 并且開始慢慢的升高，最后達(dá)到所限定的轉(zhuǎn)速，其起動(dòng)期間所持續(xù)的時(shí)間大約是在2 60秒左右，并且在一定的條件下之內(nèi)，其速度升高所用的時(shí)間是可以進(jìn)行人為調(diào)節(jié)的。這大大增加了電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用性。圖2-1-1電壓斜坡起動(dòng)222限流軟起動(dòng)限流軟起動(dòng)是一種運(yùn)

28、用較為普遍的軟起方法，起動(dòng)過程中曲線變化規(guī)律如圖2-1-2所示。在最開始的時(shí)候，根據(jù)具體的負(fù)載的參數(shù)特性規(guī)律，人們會(huì)對(duì)其進(jìn) 行一個(gè)限制參數(shù)的設(shè)置，通過限制參數(shù)的設(shè)置，就會(huì)達(dá)到對(duì)電流的波動(dòng)產(chǎn)生有效 的抑制作用的目的，通常情況下其大小在額定的電流的1 5倍左右。并且在限定電流值下，對(duì)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載的轉(zhuǎn)矩也有一定的限定，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩需要大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電動(dòng)機(jī)剛剛開運(yùn)行之后，電流也將會(huì)漸漸的增大，漸漸向初始時(shí)設(shè)置的限制數(shù) 值接近，并最后到達(dá)初始時(shí)設(shè)置的這一個(gè)限制數(shù)值，而在這個(gè)過程中，電壓不斷 地升高，但是電流會(huì)維持這一數(shù)值不變， 直到最后轉(zhuǎn)速會(huì)達(dá)到所期望的大小， 這 種起動(dòng)方式因?yàn)閷?duì)電流有所

29、限制，所以這也讓它有著其它的起動(dòng)方式無法比擬的 優(yōu)點(diǎn)，但是這種起動(dòng)方式的缺點(diǎn)也是非常明顯的，如運(yùn)行后反應(yīng)的速度不夠快等， 因此方式在輕載運(yùn)行時(shí)能發(fā)揮其最大的長(zhǎng)處，但是不適合重載起動(dòng)。這就導(dǎo)致了 在重載起動(dòng)中是無法運(yùn)用這種方式來達(dá)到人們所需要的目的。I +O1圖2-1-2限流起動(dòng)222 轉(zhuǎn)矩控制軟起動(dòng)轉(zhuǎn)拒控制軟起動(dòng)也是生活中很常見的一種起動(dòng)方式。這種控制方式的特性曲線如圖2-1-3所示，通過應(yīng)用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性，其增加是一種線性的方式，這種限 行方式是直接運(yùn)用在電壓上的，應(yīng)用這一特性而對(duì)電動(dòng)機(jī)的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)， 實(shí)現(xiàn) 具體的控制方式以達(dá)到所預(yù)期的效果，轉(zhuǎn)矩控制軟起動(dòng)有著以下的幾個(gè)顯著特點(diǎn) 起動(dòng)曲線

30、相對(duì)平滑，系統(tǒng)的起動(dòng)性能好，并且解決了轉(zhuǎn)矩波動(dòng)與沖擊的問題，同 樣的，這種啟動(dòng)方式也并不是十全十美的， 它要求對(duì)轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行大量的計(jì)算， 且 閉環(huán)控制算法復(fù)雜，所以起動(dòng)時(shí)間會(huì)比其他的起動(dòng)方式長(zhǎng)。Mt”MqMq1OT圖2-1-3轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)轉(zhuǎn)矩加突跳起動(dòng)轉(zhuǎn)矩加突跳起動(dòng)并不是生活中常用的起動(dòng)方式。轉(zhuǎn)矩加突跳起動(dòng)在開始起動(dòng)的瞬 間用突跳轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到避免系統(tǒng)的靜轉(zhuǎn)矩的目的，使轉(zhuǎn)矩平滑穩(wěn)定的提高，以減少 起動(dòng)所用的時(shí)間。這一起動(dòng)方式的最大的優(yōu)點(diǎn)就是盡可能的減少了所需的時(shí)間，但是實(shí)現(xiàn)這一效果的代價(jià)是十分明顯的，這種起動(dòng)方式將會(huì)產(chǎn)生脈沖波動(dòng)的危害， 影響關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的 運(yùn)行，其在重載的領(lǐng)域會(huì)有一些應(yīng)用，但是他的這

31、些缺點(diǎn)會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生一些 威脅，也會(huì)影響其它用電設(shè)備的運(yùn)行。所以應(yīng)用并不是很廣泛。OT圖2-1-4轉(zhuǎn)矩控制加突跳起動(dòng)22 電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)系統(tǒng)電路的總體結(jié)構(gòu)分析軟起動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)的構(gòu)建，在設(shè)計(jì)的過程中我們需要考慮很多的因素，并通過計(jì)算來設(shè)計(jì)各個(gè)部分的基本結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)它們所能達(dá)到 的預(yù)期的效果，然后對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行組合來實(shí)現(xiàn)具體的功能。具體的部分設(shè)計(jì)功 能如下：檢測(cè)系統(tǒng)的電壓，以判定與電源電壓是否同步，并且檢測(cè)過壓、逆序、欠壓 等故障。(2)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的電流，用來計(jì)算其功率的因數(shù)大小，并且檢測(cè)過流、過載和堵 轉(zhuǎn)等故障。(4)對(duì)運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行控制，并且實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)的顯示與參數(shù)的設(shè)置。

32、2.3電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制策略斜坡電壓起動(dòng)的控制策略此種控制方式是對(duì)系統(tǒng)中的電機(jī)在剛運(yùn)行時(shí)候的電流進(jìn)行連續(xù)的檢測(cè)， 當(dāng)其電流 值比最初設(shè)定的最大的電流值大時(shí)， 此時(shí)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)開始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 調(diào)節(jié)時(shí) 的對(duì)象是晶閘管的觸發(fā)角：，對(duì)其觸發(fā)角進(jìn)行人為的控制，進(jìn)而達(dá)到使其電流 減小的目的，當(dāng)其大小減小到預(yù)期的數(shù)值的時(shí)候， 則停止對(duì)系統(tǒng)的干預(yù)作用，當(dāng) 必要時(shí)繼續(xù)進(jìn)行干預(yù)控制電流的大小， 在此過程中我們需要往復(fù)的進(jìn)行調(diào)解， 直 到達(dá)到預(yù)期的目的完成整個(gè)起動(dòng)過程。轉(zhuǎn)矩控制的策略對(duì)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制調(diào)整是這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)的核心，使其能夠按預(yù)期的控制規(guī)律升高，并且我們通過 PI調(diào)節(jié)的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)而調(diào)節(jié)

33、上升的性 能等，PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的輸入的數(shù)值，是依據(jù)初始值通過計(jì)算后，得到的轉(zhuǎn)矩的數(shù) 值，另外依據(jù)電動(dòng)機(jī)的電壓反饋與電流反饋值進(jìn)行運(yùn)算，其作用是為了PI環(huán)節(jié)提供依據(jù)的參數(shù)。通過各個(gè)不同功能的作用相結(jié)合，生成所需要的預(yù)期的脈沖， 去驅(qū)動(dòng)晶閘管的符合要求的觸發(fā)，以達(dá)到轉(zhuǎn)距控制起動(dòng)的目的。2.4晶閘管參數(shù)選擇在本次設(shè)計(jì)中起到至關(guān)重要作用的是晶閘管， 所以完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步是晶 閘管的選擇，主要分析兩點(diǎn)問題是決定晶閘管的選擇方向， 第一點(diǎn)是在具有良好 的安全性能與可靠性能的前提下確保設(shè)計(jì)能夠順利完成，盡可能多的使用我國(guó)生 產(chǎn)的電子器件，以達(dá)到節(jié)約成本的目的，以提高其性價(jià)比。第二點(diǎn)是要對(duì)元器件 的散熱器

34、的形狀以及尺寸進(jìn)行合理計(jì)算與選擇。晶閘管的電流容量的選擇在本設(shè)計(jì)中所采用的原件及結(jié)構(gòu)都是根據(jù)實(shí)際情況下考慮選擇的，所以考慮到實(shí)際應(yīng)用的要求，在所設(shè)計(jì)的電路中反并聯(lián)晶閘管要實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)通角在0 180內(nèi)變化。所以晶閘管在導(dǎo)通角為 180時(shí)，電流平均值最大，電流的容量可由下式 來確定：In 二 23 IK（2-9）在式子中，I n為晶閘管流過各相的回路時(shí)電流的有效值；Kf則為波形的系數(shù)；晶閘管的耐壓選擇能夠影響晶閘管耐壓值的因素有很多，電路中各部分的不同的結(jié)構(gòu)或者是勵(lì)磁的 電流的影響都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生極大的影響。 所以在選擇方面我們必須小心謹(jǐn)慎。 因此 選擇需要進(jìn)行全面而仔細(xì)的計(jì)算與考慮，但是根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)和

35、理論分析，一般對(duì)晶閘管額定電壓的限制為：un = 23 .2 um（ 2-10）Un代表的是晶閘管的最大的耐壓值。第3章 晶閘管軟起動(dòng)技術(shù)裝置硬件電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的總體框圖本文所設(shè)計(jì)的軟起動(dòng)基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，先對(duì)所需要的各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和 計(jì)算，在進(jìn)行總體的組合，以此實(shí)現(xiàn)所需要的功能，由晶閘管組成的部分一端聯(lián) 接在電動(dòng)機(jī)上，而另一端聯(lián)接在所選電網(wǎng)上，通過改變此部分中晶閘管的的導(dǎo)通 角來實(shí)現(xiàn)控制加到電動(dòng)機(jī)端電壓大小的目的。 通過控制部分的調(diào)節(jié)來具體準(zhǔn)確實(shí) 現(xiàn)符合要求的改變來控制觸發(fā)角的大小，而控制部分輸入的信息是通過具體的檢 測(cè)部分輸送的，根據(jù)具體的信號(hào)控制部分來檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而

36、做出具體的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)控制作用，各個(gè)部分協(xié)調(diào)運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)所預(yù)期的對(duì)電機(jī)的具體性能的改 變，當(dāng)檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)已經(jīng)達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)中的旁路接觸器進(jìn)行工作，電機(jī)則開始旁路運(yùn)行而不受其它部分的影響。以此來達(dá)到電動(dòng)機(jī)的最大效能化。對(duì)于單個(gè)晶閘管來說，其電壓容量是有限的，雖然其耐壓值已發(fā)展到6000V,但 考慮到電網(wǎng)的波動(dòng)以及耐壓余量等因素，采取把晶閘管進(jìn)行串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)是為 了能夠?qū)崿F(xiàn)具體的實(shí)際的應(yīng)用的要求，進(jìn)而極大的提高系統(tǒng)的承受電壓的能力。在控制的過程中還要考慮晶閘管導(dǎo)通的角度是否能夠滿足要求，并且要求觸發(fā)的部分能夠生成大于60的脈沖，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)出發(fā)的 要求。并且為了使晶閘管

37、部分起到調(diào)壓的作用，就必須保證其晶閘管的移相角:足夠的 大；而當(dāng):-150°時(shí)，觸發(fā)部分將會(huì)無法正常的工作。因此為了保證晶閘管的可 靠運(yùn)行，則移相的范圍應(yīng)該在 ：150°oABC電供流交旁路接觸器UWPHCTV 電動(dòng)機(jī)圖3-1軟啟動(dòng)器控制框圖3.2晶閘管均壓電路的設(shè)計(jì)電路電壓分配不均的分析從工程實(shí)踐和具體分析中得出，晶閘管在串聯(lián)時(shí)引起電壓不均問題的主要因 素有以下的三點(diǎn)：1晶閘管自身靜態(tài)特性及其自身數(shù)值所產(chǎn)生的電壓不均如果將兩個(gè)相同規(guī)格的晶閘管通過串聯(lián)的方式連接到一起使用工作時(shí)，由于晶閘管有自身的靜態(tài)特性的特點(diǎn)，將會(huì)使器件的耐壓值會(huì)存在著非常明顯的差 異，因而會(huì)產(chǎn)生電壓值的

38、分配不均的現(xiàn)象產(chǎn)生。2晶閘管自身動(dòng)態(tài)特性及其自身數(shù)值所產(chǎn)生的電壓不均晶閘管不僅有靜態(tài)特性，還會(huì)有自身的動(dòng)態(tài)特性，不僅是靜態(tài)特性會(huì)導(dǎo)致電壓不 均動(dòng)態(tài)特性同樣會(huì)對(duì)電壓的分配產(chǎn)生很大的影響， 其動(dòng)態(tài)的特性包括開通的特性 和關(guān)斷的特性。（1）由于導(dǎo)通的時(shí)間不同所產(chǎn)生的電壓分配不均從器件的結(jié)構(gòu)和原理可以分析得到，導(dǎo)通是先發(fā)生于門極附近的陰極內(nèi)，被稱為 “局部導(dǎo)通”，隨后才能橫向的擴(kuò)展，直到陰極面完成全部導(dǎo)通。器件所導(dǎo)通的快慢是由開通的時(shí)間tgt，其中包含“局部導(dǎo)通”時(shí)橫向的擴(kuò)展所用的時(shí)間來體現(xiàn)。晶閘管的導(dǎo)通是需要占用一部分時(shí)間的， 將會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)，器件所流過的電 流值將會(huì)增加非常的大，不同的器件對(duì)于

39、承受電流的增加率的能力也會(huì)有所不 同。電壓的分配不均有可能會(huì)因?yàn)閷?dǎo)通的時(shí)間存在的間隔而產(chǎn)生，如果兩個(gè)器件的導(dǎo)通存在一定的不可忽略的時(shí)間間隔，那么就會(huì)發(fā)生瞬間產(chǎn)生極高的電壓的情況， 并且會(huì)隨著晶閘管的先后順序逐級(jí)承受更高的電壓，那么最后導(dǎo)通的器件承受的電壓將會(huì)是最大的。那么對(duì)于最后導(dǎo)通的器件而言無疑是損壞最大的。（2）反向恢復(fù)的時(shí)間的不同所產(chǎn)生的電壓分配不均晶閘管是一種典型的通過電流進(jìn)行制約以實(shí)現(xiàn)功能的器件，所以電流的變化將會(huì)對(duì)晶閘管產(chǎn)生很大的影響，而當(dāng)其電流非常小以至于小于維持所用的最小電流時(shí)，晶閘管的所處的狀態(tài)也會(huì)因此發(fā)生改變。其特性可以用 tq關(guān)斷的時(shí)間tq和關(guān) 斷時(shí)電壓臨界的增加率du

40、dt體現(xiàn)。由于晶閘管狀態(tài)的改變，它所產(chǎn)生的效果也會(huì)發(fā)生改變。根據(jù)分析和計(jì)算，由于結(jié)構(gòu)的特性，將會(huì)有器件承受相當(dāng)于整個(gè)系 統(tǒng)所承受電壓數(shù)值的電壓，顯然這將會(huì)對(duì)系統(tǒng)和器件造成極其嚴(yán)重的影響。322晶閘管在串聯(lián)使用時(shí)解決電壓分配不均的方法通過分析可以知道，直接串聯(lián)使用將會(huì)產(chǎn)生諸多問題，如果電壓不能夠平均分配， 則有可能導(dǎo)致元器件的損壞，所以為了解決這一問題，我們采取了合理的均壓的 措施，確保其工作電路的安全性能，使系統(tǒng)能夠安全并可靠的工作。在一般的應(yīng)用之中，在晶閘管導(dǎo)通時(shí)和關(guān)斷時(shí)的特性都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的電壓的分配產(chǎn) 生很大的影響，但是通過能實(shí)現(xiàn)均壓吸收的電路調(diào)整之后，電壓分配不均的問題也就變得迎刃而解了，

41、同樣的觸發(fā)的脈沖也將會(huì)電壓的分配問題產(chǎn)生極大的作 用，所以脈沖要應(yīng)用強(qiáng)觸發(fā)方式，通過強(qiáng)觸發(fā)方式以及帶有均壓吸收功能的電路 結(jié)合應(yīng)用，就會(huì)較好的解決觸發(fā)脈沖所產(chǎn)生的分配電壓不均的問題。圖3-2所示為反并聯(lián)結(jié)構(gòu)的晶閘管裝置，并且在電路中具有能夠?qū)崿F(xiàn)均壓功能部分的設(shè)計(jì)，A_V1，A_V2，A_V3，A_V4為四只具有相同規(guī)格的晶閘管器件，電路分別由兩個(gè)均壓部分組成，分別位于電路的右側(cè)和左側(cè)，這個(gè)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)和靜 態(tài)的均壓功能的部分分別由電阻或者是由電阻以及電容的組合構(gòu)成的。1、靜態(tài)均壓支路：當(dāng)晶閘管在特定的狀況下，要實(shí)現(xiàn)其組合結(jié)構(gòu)的對(duì)電壓均勻分配的功能， 就要在 目標(biāo)的結(jié)構(gòu)旁通過電阻等原件設(shè)計(jì)具體的能夠

42、實(shí)現(xiàn)均壓功能的部分電路， 并且對(duì) 電阻的阻值有著具體的要求，要通過將其與具體晶閘管的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比， 以此來 選取合適阻值的電阻，以實(shí)現(xiàn)其能夠在電壓分配的過程中占據(jù)主導(dǎo)作用， 進(jìn)而實(shí) 現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓分配的作用。電路中A_RD1 , A_RD2的具體數(shù)值可以通過以下式子得到：并聯(lián)使用的靜態(tài)均壓的電阻值W 0.10.25 業(yè)(3.1)兀I R并聯(lián)使用的靜態(tài)均壓的電阻的功率 _Kr UTm n2lRD(3.2)D在式子中，Unt代表晶閘管的額定電壓值；|R代表晶閘管處于斷態(tài)時(shí)的重復(fù)的平均電流；| R代表晶閘管的漏電流處于峰值時(shí)的近似值；n代表晶閘管串聯(lián)使用時(shí)的個(gè)數(shù)；Krd為已知系數(shù)。2、動(dòng)態(tài)均壓支路：A_

43、R1，A_R2為并聯(lián)使用的動(dòng)態(tài)均壓的電阻，A_C1，A_C2為并聯(lián)使用的動(dòng)態(tài)均壓的電容。電容與電阻數(shù)值的確定可按下面的式子計(jì)算：并聯(lián)使用的動(dòng)態(tài)均壓的電容值=24|ta 10uF(3.3)使用的電容的承受電壓的數(shù)值應(yīng)高于 UTm n。并聯(lián)使用的調(diào)節(jié)電壓分配的電阻選取數(shù)值為10-30 Qo并聯(lián)使用的動(dòng)態(tài)均壓的電阻的功率為：P fC UTm n 2 10W(3.4)在式子中，f代表電源的頻率；U Tm代表所選晶閘管上的電壓的極值；n代表晶閘管串聯(lián)使用時(shí)的個(gè)數(shù)；ITa代表晶閘管的額定電流值；15t if 圖3-2均壓吸收電路3.3主控芯片的選擇在這個(gè)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，其控制核心是 AT89S52型號(hào)的

44、單片機(jī)，其最小系統(tǒng)如圖3-3所示，其中包括復(fù)位電路、存儲(chǔ)器的模式選擇以及震蕩電路。這個(gè)型號(hào)的單片機(jī)主控的芯片是51系列單片機(jī)的強(qiáng)化芯片，該芯片是8位的CPU結(jié)構(gòu)，并且具有靈活的可編程性Flash，因?yàn)檫@一結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，其能夠使用不同控制方式的需求，該型號(hào)單片機(jī)有著比51系列單片機(jī)更加優(yōu)越的性能而且它具有更為豐富的功能，它共有32位I/O 口線，256字節(jié)RAM，并且片內(nèi)含8k字節(jié)Flash工藝的程序存儲(chǔ)器。所以根據(jù)這次設(shè)計(jì)的具體要求，以及從性價(jià) 比等方面的綜合考慮，AT89S52型號(hào)的單片機(jī)是這次設(shè)計(jì)的最佳選擇。圖3-3單片機(jī)最小系統(tǒng)3.4晶閘管的觸發(fā)電路觸發(fā)電路的分析在這次設(shè)計(jì)之中，我們運(yùn)用

45、了電流型磁環(huán)變壓器這一裝置來作為實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā)和 隔離作用的核心器件，因?yàn)樗鼉?yōu)越的性能和結(jié)構(gòu)特性，導(dǎo)致這一裝置在眾多場(chǎng)合 都有著較多的應(yīng)用。磁環(huán)變壓器這一結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，可以幫助我們實(shí)現(xiàn)非常好良好 的隔離保護(hù)的效果。它可以讓整個(gè)系統(tǒng)的供電電流能夠保持基本特性恒定不變，將所選用的符合規(guī)格的電纜按照要求放在變壓器的感應(yīng)線圈之中， 因此所連接的 變壓器的初始端相同，并且該結(jié)構(gòu)可以并聯(lián)使用，這樣，根據(jù)其良好的性能和結(jié) 構(gòu)特性，從而調(diào)整脈沖的輸出的路數(shù)，以完成觸發(fā)的系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。 也就因?yàn)?這些原因電流變壓器成為了這個(gè)裝置的核心器件由于各個(gè)變壓器的初始端是通過同樣的電纜來進(jìn)行感應(yīng)的，所以感應(yīng)到的信 號(hào)的強(qiáng)度

46、和數(shù)值及特性是相同的，并且變壓器的規(guī)格和參數(shù)都是一樣的， 所以產(chǎn) 生的脈沖也是相同的，這個(gè)脈沖可以用來對(duì)相應(yīng)的器件進(jìn)行控制， 這樣就能保證 各個(gè)器件的同時(shí)觸發(fā)。也就避免了不同時(shí)間出發(fā)所導(dǎo)致的不同器件承受不同的電 壓。磁環(huán)變壓器的運(yùn)用是本系統(tǒng)的一個(gè)非常顯著的優(yōu)點(diǎn)和長(zhǎng)處，在設(shè)計(jì)的時(shí)候通過對(duì) 方案的篩選和比較，通多大量的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用這一裝置進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是最為 合理的，這一結(jié)構(gòu)的應(yīng)用不僅僅簡(jiǎn)化了方案實(shí)行的難度，更讓人感到慶幸的是它 在性價(jià)比和可行性的方面有著很大的長(zhǎng)處。根據(jù)系統(tǒng)性能的分析，通過磁環(huán)進(jìn)行 感應(yīng)的方式來進(jìn)行控制，可以保證極高的隔離安全性，并且也能保證器件的同時(shí) 刻性。并且根據(jù)其對(duì)交變電

47、流感應(yīng)的特性，通過這一特性對(duì)其進(jìn)行控制和保護(hù)是 實(shí)際可行的。觸發(fā)電路的工作過程1前級(jí)主電路其結(jié)構(gòu)電路如圖3-4所示，開始時(shí)對(duì)Buck電路進(jìn)行具體應(yīng)用，組合成為能 通過電纜為磁環(huán)變壓器提供信號(hào)的電路結(jié)構(gòu)，其能夠傳輸直流，并通過其它的電路結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行控制。圖3-4前級(jí)主電路2.后級(jí)次級(jí)觸發(fā)電路其結(jié)構(gòu)電路如圖3-5所示，當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到系統(tǒng)的電機(jī)的參數(shù)不符合要求的時(shí) 候，需要晶閘管部分進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時(shí)的控制電路對(duì)電流源進(jìn)行控制， 產(chǎn)生的交流 通過變壓器結(jié)構(gòu)進(jìn)行感應(yīng)，從而產(chǎn)生具體的信號(hào)，這一信號(hào)在經(jīng)過之后的電路進(jìn) 行處理后，再將信號(hào)的非正信號(hào)進(jìn)行過濾，過濾之后的信號(hào)將作為晶閘管器件的 觸發(fā)信號(hào)使用。圖3

48、-5后級(jí)次級(jí)觸發(fā)電路當(dāng)系統(tǒng)中電機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到要求之后， 此時(shí)將不需要晶閘管部分進(jìn)行調(diào)節(jié)， 則電流源的控制電路中的器件進(jìn)行導(dǎo)通和關(guān)斷的處理，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)處于一直導(dǎo)通的狀態(tài)。通過這樣的設(shè)計(jì)和處理，將能夠?qū)崿F(xiàn)電流源輸出的是直流， 電流的性 質(zhì)將會(huì)改變，并且系統(tǒng)中的變壓器只能對(duì)交流信號(hào)感應(yīng)，變?yōu)橹绷餍盘?hào)后，則沒有信號(hào)對(duì)晶閘管進(jìn)行控制，所以器件將停止工作。而當(dāng)接觸發(fā)指令發(fā)出的時(shí)候， Buck電路所發(fā)出的直流電流將會(huì)通過系統(tǒng)中的全橋的變換器處理轉(zhuǎn)變?yōu)榇怒h(huán)能 感應(yīng)到的交變電流，且不需要電流的建立過程，從而滿足了強(qiáng)觸發(fā)的要求。是的， 整個(gè)系統(tǒng)具有更好的靈活性和多變性。3. Buck變換器的恒流控制電路其結(jié)

49、構(gòu)電路如圖3-6所示，這一部分主要運(yùn)用SG3525芯片對(duì)PWM進(jìn)行調(diào)節(jié)，并 用IR2110來對(duì)MOSFET進(jìn)行控制。接收到電壓信號(hào)之后，對(duì)其進(jìn)行處理和過濾， 之后將其送入到具體的控制部分，進(jìn)而調(diào)節(jié)前級(jí)主電路中Q5的占空比，而IR2110芯片能將SG3525的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，從而加強(qiáng)對(duì) MOSFET的驅(qū)動(dòng)能 力。而當(dāng)主電路中得電流的值比設(shè)定值大時(shí)， 采樣電阻上的電壓將會(huì)增大，之后 經(jīng)過控制電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，前級(jí)主電路中 Q5的占空比將會(huì)減少，電流也會(huì)進(jìn)一步 的減小。反之則進(jìn)行逆過程，實(shí)現(xiàn)一系列的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。圖3-6 Buck變換器恒流控制電路4.全橋控制電路其結(jié)構(gòu)電路如圖3-7所示，當(dāng)系統(tǒng)中的參數(shù)和

50、運(yùn)行狀態(tài)不符合要求的時(shí)候，將會(huì) 送入控制電路中一個(gè)信號(hào)，使其對(duì)器件進(jìn)行控制。信號(hào)將會(huì)被傳送入到7555芯片之中，這時(shí)7555芯片將會(huì)對(duì)其進(jìn)行處理，進(jìn)而通過其內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生所需的信 號(hào)，并通過反向變化之后得到兩路相互補(bǔ)充的信號(hào)。獲得的這兩路信號(hào)分別送到 兩IR2110芯片中，以對(duì)全橋中的的4個(gè)開關(guān)管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。IR2110的5引腳S1和7 引腳G1提供驅(qū)動(dòng)IR2110信號(hào)，以對(duì)前級(jí)主電路中的Q1進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而IR2110的G4和GND引腳提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)前級(jí)主電路中的 Q4，同樣的道理，IR2110 的5引腳S2和7引腳G2提供驅(qū)動(dòng)IR2110信號(hào)，以對(duì)前級(jí)主電路中的 Q2進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)，而IR2110

51、的G3和GND引腳提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)前級(jí)主電路中的 Q3。當(dāng)系統(tǒng)中的參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)不符合要求的時(shí)候，將會(huì)送入控制電路中一個(gè)信號(hào)， 使其對(duì)器件進(jìn)行控制。信號(hào)傳送入到 7555芯片之中，這時(shí)7555芯片將會(huì)對(duì)其進(jìn)行處理，進(jìn)而通過其內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生所需的信號(hào)，前級(jí)主電路中的Q1、Q4和Q2、Q3是按照控制規(guī)律依次往復(fù)導(dǎo)通的，因此會(huì)停止產(chǎn)生直流而產(chǎn)生交流，并且變 壓器通過磁環(huán)進(jìn)行感應(yīng)，從而能夠做出具體的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的控制，對(duì)電機(jī)的參數(shù)實(shí)現(xiàn)具體的控制。而當(dāng)電機(jī)能夠達(dá)到要求運(yùn)行不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的時(shí)候，會(huì)向IR2110芯片中送入和之前相反的信號(hào)，則前級(jí)主電路中的 Q1與Q4的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 發(fā)生改變，變?yōu)楦唠娖叫盘?hào)，

52、且為100%的占空比，從而由Q1與Q4組成的對(duì)角 臂直通，而Q2和Q3組成的對(duì)角臂關(guān)斷。從而輸出將變?yōu)橹绷?，系統(tǒng)中的變壓器只能對(duì)交流信號(hào)感應(yīng)，從而失去控制作用圖3-7全橋控制電路3.5同步信號(hào)電路其結(jié)構(gòu)電路如圖3-8所示，這一部分的作用是對(duì)系統(tǒng)接入的電源進(jìn)行檢測(cè)，得到 其通過零點(diǎn)時(shí)的時(shí)間，進(jìn)而進(jìn)行參照以便對(duì)器件的運(yùn)行狀態(tài)和觸發(fā)的程度進(jìn)行控 制，并且保證電壓控制部分的器件能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)嚴(yán)格的同步性，以便于更好完成對(duì)電機(jī)兩端電壓的控制調(diào)整，以此實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。其 A、B、C的三相電 壓信號(hào)的獲取是通過變壓器結(jié)構(gòu)完成的， 并且對(duì)電壓進(jìn)行處理，確?？刂撇糠帜?夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對(duì)送入信號(hào)的運(yùn)算，從而做出調(diào)整

53、。圖3-8同步信號(hào)電路3.6電流檢測(cè)及反饋電路其結(jié)構(gòu)電路如圖3-9所示，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)電流功能電路的方案有很多，但是比較 方便的是用互感的方式所設(shè)計(jì)的電路，用這種方式對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在測(cè)得的 信號(hào)中會(huì)存在脈沖的成分，針對(duì)這一問題，系統(tǒng)會(huì)迅速做出反應(yīng)，系統(tǒng)可通過硬 件或者軟件的方法，去削弱脈沖所產(chǎn)生的影響。電路整體的工作過程是：通過互感的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，并在二次側(cè)產(chǎn)生所用的具體信號(hào)，接下來對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行處理后送入到控制核心， 并開始對(duì)其進(jìn)行 比較，對(duì)比所得的電流值與最初給定得電流值的差值， 并且遵循PID調(diào)節(jié)器的算 法進(jìn)行計(jì)算，從而進(jìn)行調(diào)節(jié)，以完成限流調(diào)控與過流保護(hù)的功能。圖3-9電流檢測(cè)電

54、路3.7電壓檢測(cè)電路其結(jié)構(gòu)電路如圖3-10所示，其A、B、C的三相電壓信號(hào)的獲取是通過變壓器 結(jié)構(gòu)完成的，檢測(cè)到的電壓信號(hào)經(jīng)過橋式電路結(jié)構(gòu)的處理，最后得到一個(gè)符合要 求的直流信號(hào)，并將這個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換之后送入到控制核心之中，從而作為系統(tǒng)的反 饋信號(hào)。圖3-10電壓檢測(cè)電路3.8 A/D轉(zhuǎn)換電路在本系統(tǒng)之中，實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換功能的芯片為 ADC0809 , ADC0809芯片會(huì)對(duì)采集部分送 進(jìn)來的信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)的具體變換，系統(tǒng)的控制核心AT89S52單片機(jī)與ADC0809轉(zhuǎn)換器的連接如圖3-11所示。ADC0809芯片性能是非常優(yōu)越的，可以實(shí)現(xiàn)靈活的轉(zhuǎn)換，因?yàn)樾?片的優(yōu)越性導(dǎo)致該芯片在電子領(lǐng)域中有著

55、非常多的應(yīng)用。圖3-11單片機(jī)與 ADC0809的接口電路3.9通信部分電路其結(jié)構(gòu)電路如圖3-12所示，此電路是通過 MAX232芯片、RS-232結(jié)構(gòu)中 的CON以及電容組合而成的。MAX232芯片的具體的作用是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)AT89S52的串口通訊，將其同PC的串口信號(hào)連接起來，從而進(jìn)行電平的變換。本次設(shè)計(jì)中所使用的MAX232芯片中包含了一個(gè)串口通訊的接口模塊。并 且計(jì)算機(jī)可以通過電路實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的參數(shù)的設(shè)定以及結(jié)果顯示等操作。該芯片具有許多優(yōu)點(diǎn)，比如用途廣泛、工作可靠，并且有著低耗能、高集成度等優(yōu)點(diǎn)。圖3-12通訊電路3.10電源部分電路3.10.1 5V電源電路其結(jié)構(gòu)電路如圖3-13所示

56、，該電路起始端是通過變壓器進(jìn)行電壓伏值的轉(zhuǎn)換的，將220V輸入電壓的伏值進(jìn)行調(diào)節(jié)從而轉(zhuǎn)化成為符合要求的電壓值。隨后的是由整流器件組合而成的橋式結(jié)構(gòu)部分。 經(jīng)過變壓器流出的電流開始流過 整流器件D1，最后再經(jīng)過D4形成回流，所以D1和D4是正向的導(dǎo)通的，而D2和 D3的狀態(tài)是截止的，并且會(huì)生成極性上下相反的電壓。通過使這些二極管進(jìn)行 交替的導(dǎo)通，則負(fù)載上就會(huì)一直得到單向的脈動(dòng)的電壓。在這一部分的電路中，對(duì)波形的過濾是通過電容實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)電壓不斷升高的 時(shí)候，電容則開始不斷地充電，而其電壓在不斷降低時(shí)，電容則進(jìn)行放電，使得 電壓在降低時(shí)的坡度變得平緩，通過這種方式就起到了濾波的作用。 這樣的電壓圖3-13 5V電源電路圖3.10.2 3.3V電源電路其結(jié)構(gòu)電路如圖3-14所示，電路中送入電壓值為5V電壓，對(duì)波形的過濾是 通過電容C1、C2、C3和C4實(shí)現(xiàn)的，并且對(duì)電壓的紋波進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，還對(duì) ASM1117起到一定的抑制的作用。4圖3-14 3.3V電源電路圖3.10.3 15V電源電路15V電源電路如圖3-15所示，變壓器和單項(xiàng)橋的作用及原理與 5V電源電路 相類似，C1為電解電容，主要的作用是濾波， C2、C3的作用是防止自激震蕩 的產(chǎn)生。圖3-15 15V電源電路圖第4章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)通過具體的軟件方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整， 就可以讓系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的效果實(shí)