1、中文摘要摘要作為異步電動(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

2、供電可靠性，同時(shí)還提供軟停車功能和多種保護(hù)。關(guān)鍵詞：80C196KC；軟起動(dòng)器；晶閘管；交流電動(dòng)機(jī)1英文摘要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 soft-starter used in AC motor

3、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 Can also save the setting d

4、ata 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 initialization linearIt real

5、izes to calm startup，no impact to motor，improve securityIt also has soft stop and many protectsKey words：80C196KC；soft-starter；thyristor；AC motor1目錄目 錄第1章 緒 論51.1 引言51.2 軟起動(dòng)器的技術(shù)特點(diǎn)61.3 軟起動(dòng)器的發(fā)展方向4第2章 軟起動(dòng)原理62.1 直接起動(dòng)的弊端62.2 軟啟動(dòng)器的介紹7 2.2.1 軟起動(dòng)器的功能7 2.2.2 軟起動(dòng)器的特點(diǎn)8 2.2.3 軟起動(dòng)器的原理82.3 軟啟動(dòng)的方式82.4 三相晶閘管的調(diào)壓原理10

6、第3章 主回路設(shè)計(jì)123.1 系統(tǒng)工作原理123.2 旁路系統(tǒng)原理153.3 晶閘管的參數(shù)計(jì)算163.4 交流過(guò)電壓保護(hù)163.5 過(guò)電流的保護(hù)173.6 晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓阻容保護(hù)173.7 電流的檢測(cè)183.8 測(cè)速的控制191第4章 控制回路設(shè)計(jì)204.1 功能模塊分述204.1.1 80C196KC概述204.1.2 ULN2803概述224.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)234.2.1 CPU電路234.2.2 同步信號(hào)電路254.2.3 晶閘管移相觸發(fā)脈沖電路254.2.4 鍵盤電路314.2.5 顯示電路31第5章 軟件設(shè)計(jì)325.1 主程序設(shè)計(jì)325.2 速度PID程序345.3 電流PID37結(jié)

7、 論40參考文獻(xiàn)41致謝42吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文第一章 緒 論1.1 引言隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)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大技術(shù)人員的高度重視。既要為智能控制打下良好基礎(chǔ)，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)備和方式上改進(jìn)。傳統(tǒng)的電機(jī)起

8、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，避免過(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)格便宜，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)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

9、，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)合比如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，既節(jié)省1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)器的技術(shù)特點(diǎn)軟起動(dòng)器是一種功能極

10、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(méi)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)：1.以單片機(jī)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(kāi)關(guān)，采樣電路、控制電路三部分組成。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(kāi)關(guān)使用。同時(shí)裝置還具有短路、斷相、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

11、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。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。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(kāi)，軟起動(dòng)器退出運(yùn)行?；谖C(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

12、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大部分組成：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(kāi)關(guān)柜內(nèi)，帶操作盤的CPU2則不用固定位置，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。DWR-1型電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)控制器采用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)境溫度范圍比較大。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)品整體電路部分由兩大部分構(gòu)

13、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，以達(dá)到軟起動(dòng)控制的目的。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：(1)控制功能：自動(dòng)/手動(dòng)控制電機(jī)啟、停。(2)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)。(3)監(jiān)視、報(bào)警功能：實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行工況

14、，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)。2.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。3.8098構(gòu)成的變頻調(diào)速軟起動(dòng)器該系統(tǒng)采用了單

15、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?。妱?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不變則轉(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。3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2764（8KB ROM）、1片2864（8KB 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

16、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。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)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)達(dá)到降低起動(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。4.一種基于FPGA技術(shù)的軟起動(dòng)器90年代，F(xiàn)PGA技術(shù)的

17、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)的發(fā)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部分：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144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)器的發(fā)展方向電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)，是

18、一項(xiàng)技術(shù)，一類產(chǎn)品，一個(gè)行業(yè)。發(fā)達(dá)國(guó)家軟起動(dòng)行業(yè)現(xiàn)狀從進(jìn)口軟起動(dòng)產(chǎn)品看，發(fā)達(dá)國(guó)家的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)產(chǎn)品主要是固態(tài)軟起動(dòng)裝置：晶閘管軟起動(dòng)和兼作軟起動(dòng)的變頻器。在生產(chǎn)工藝兼有調(diào)速要求時(shí)，當(dāng)然采用變頻裝置，在沒(méi)有調(diào)速要求的使用場(chǎng)合下，起動(dòng)負(fù)載較輕時(shí)（例如風(fēng)機(jī)、水泵）采用晶閘管軟起動(dòng)，在重載或負(fù)載功率特別大的時(shí)候，才用變頻軟起動(dòng)。晶閘管軟起動(dòng)裝置是發(fā)達(dá)國(guó)家軟起動(dòng)的主流產(chǎn)品，各知名電氣公司均有自己晶閘管軟起動(dòng)的品牌，在其功能上又各具特色。能夠生產(chǎn)中壓（610KV）晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品的廠家不多。系列生產(chǎn)的晶閘管軟起動(dòng)裝置的最高電壓等級(jí)為12KV，最大容量為5000KW。 由于液態(tài)軟起動(dòng)產(chǎn)品的種種缺點(diǎn)，液態(tài)軟起

19、動(dòng)產(chǎn)品在降壓軟起動(dòng)領(lǐng)域難有立錐之地。據(jù)我了解，發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的液態(tài)軟起動(dòng)產(chǎn)品，一律用在中壓繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)中。進(jìn)口液態(tài)軟起動(dòng)產(chǎn)品的生產(chǎn)年代，60年代到90年代都有。 2002年，液態(tài)軟起動(dòng)有二個(gè)值得注意的相反的發(fā)展動(dòng)向，一是以犧牲可控性為代價(jià)將軟起動(dòng)裝置簡(jiǎn)化成與傳統(tǒng)的星三角起動(dòng)相似的系統(tǒng)，二是通過(guò)完善伺服機(jī)構(gòu)的方法引入電流反饋，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)的閉環(huán)控制。 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

20、。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)安全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“

21、先掛后脫”。軟切換應(yīng)該在基本上不增加硬件（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。5第二章 軟起動(dòng)原理第二章 軟起動(dòng)原理通常情況下，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)的弊端直接啟動(dòng)是最簡(jiǎn)便的啟動(dòng)方式，啟動(dòng)時(shí)通過(guò)閘刀或接觸器將電機(jī)直接接到電網(wǎng)上。直接啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，啟動(dòng)速度快。但是直接啟動(dòng)有著不可避免的危害，并且存在很大的弊端，在這里我們就簡(jiǎn)單得從以下幾個(gè)方面看一下直接啟動(dòng)的弊端：1.對(duì)電網(wǎng)的沖擊：過(guò)大的啟動(dòng)電流（空載啟動(dòng)電流可達(dá)額定電流的4-7倍負(fù)，載啟動(dòng)時(shí)可達(dá)8-10倍或更大），其轉(zhuǎn)速要在很短的

22、時(shí)間內(nèi)從零升至額定轉(zhuǎn)速，會(huì)在啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生沖擊，造成電網(wǎng)電壓下降，影響其他用電設(shè)備，還可能引起欠壓保護(hù)動(dòng)作，造成設(shè)備的有害跳閘。同時(shí)過(guò)大的啟動(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.對(duì)機(jī)械的沖擊：過(guò)大的沖擊轉(zhuǎn)矩往往造成電機(jī)轉(zhuǎn)子籠條，端環(huán)斷裂和定子端部繞線絕緣磨損，導(dǎo)致?lián)舸龣C(jī)；轉(zhuǎn)軸扭曲，聯(lián)軸節(jié)，傳動(dòng)齒輪損傷和皮帶撕裂等。3.對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊：?jiǎn)?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。這三種沖擊都對(duì)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行帶來(lái)威脅，同時(shí)也造成過(guò)大的啟動(dòng)能量損耗，尤其當(dāng)頻繁起停時(shí)更為突出。因此對(duì)電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)有以下限制條件：

23、(a)生產(chǎn)機(jī)械是否允許拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)，這是先決條件；（b）電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)不大于供電變壓器容量的1015%；（c）啟動(dòng)過(guò)程中的電壓降U應(yīng)不大于額定電壓的15%。對(duì)于中、大功率的電動(dòng)機(jī)一般都不允許直接啟動(dòng)，而要求采用一定的啟動(dòng)設(shè)備，方可完成正常的啟動(dòng)工作。因此，對(duì)于能造成電網(wǎng)電壓下降，影響了同電網(wǎng)其他設(shè)備的正常工作，對(duì)電動(dòng)機(jī)本身使用也有害。6吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文2.2 軟起動(dòng)器的介紹軟起動(dòng)器是一種集電動(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)

24、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

25、控制真空接觸器斷開(kāi)，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(kāi)，電機(jī)斷電，實(shí)現(xiàn)慣性停車。2.2.1 軟起動(dòng)器的功能1.過(guò)載保護(hù)功能：軟起動(dòng)器引進(jìn)了電流控制環(huán)， 因而隨時(shí)跟蹤檢測(cè)電機(jī)電流的變化狀況。通過(guò)增加過(guò)載電流的設(shè)定和反時(shí)限控制模式，實(shí)現(xiàn)了過(guò)載保護(hù)功能，使電機(jī)過(guò)載時(shí)，關(guān)斷晶閘管并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2.缺相保護(hù)功能：工作時(shí)，軟起動(dòng)器隨時(shí)檢測(cè)三相線電流的變化，一旦發(fā)生斷流，即可作出缺相保護(hù)反應(yīng)。 3.過(guò)熱保護(hù)功能：通過(guò)軟起動(dòng)器內(nèi)部熱繼電器檢測(cè)晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過(guò)允許值后自動(dòng)關(guān)斷晶閘管，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 4.測(cè)量回

26、路參數(shù)功能：電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，軟啟動(dòng)器內(nèi)的檢測(cè)器一直監(jiān)視著電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并將監(jiān)測(cè)到的參數(shù)送給CPU進(jìn)行處理，CPU將監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、顯示。因此電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器還具有測(cè)量回路參數(shù)的功能。 5.其它功能：通過(guò)電子電路的組合，還可在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)其它種種聯(lián)鎖保護(hù)。 72.2.2 軟起動(dòng)器的特點(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）可保存起動(dòng)參數(shù)，關(guān)機(jī)后參數(shù)不丟失。2.2.3 軟起動(dòng)器的原理軟啟動(dòng)器（軟

27、啟動(dòng)器）是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、 輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱為Soft Starter。軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過(guò)流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)

28、還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過(guò)程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。2.3 軟起動(dòng)的方式軟起動(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。運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟起動(dòng)器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角， 使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至起動(dòng)結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓，即為軟起動(dòng)，在軟起動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。 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，即達(dá)到軟起動(dòng)的目的。目前軟起動(dòng)主要有以下五種起動(dòng)方式。如圖2-1所示。圖2-1電動(dòng)機(jī)的五種軟起動(dòng)方式限流起動(dòng)：

29、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)

30、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)的輕載軟起動(dòng)方式。2.4 三相晶閘管的調(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(jiàn)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6

31、0度。當(dāng)觸發(fā)角改變時(shí)，三相相電壓也隨之變化。圖2-2中由于沒(méi)有中線，若要負(fù)載上流過(guò)電流，至少要有兩相構(gòu)成通路，即在三相電路中，至少要有一相正向晶閘管與另一相的反向晶閘管同時(shí)導(dǎo)通。為了保證在電路工作時(shí)能使兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，要求采用大于60的寬脈沖或雙窄脈沖的觸發(fā)電路；為保證輸出電壓三相對(duì)稱并有一定的調(diào)節(jié)范圍，要求晶閘管的觸發(fā)信號(hào)除了必須與相應(yīng)的交流電源有一致的相序外，各觸發(fā)信號(hào)之間還必須嚴(yán)格地保持一定的相位關(guān)系。對(duì)圖2-2的調(diào)壓電路，要求A、B、C三相電路中正向晶閘管T1、T3、T5的觸發(fā)信號(hào)相位互差120，反向晶閘管T4、T6、T2的觸發(fā)信號(hào)相位也互差120。而同一相中反并聯(lián)的兩個(gè)正、反向晶

32、閘管觸發(fā)脈沖相位應(yīng)互差180，即各晶閘管觸發(fā)脈沖的序列應(yīng)按T1、T2、T6的次序。相鄰兩個(gè)晶閘管的觸發(fā)信號(hào)相位差為60。為使負(fù)載上能得到全電壓，晶閘管應(yīng)能全導(dǎo)通，因此應(yīng)選用電源相應(yīng)波形起始點(diǎn)作為控制角=60的時(shí)刻。該點(diǎn)作為觸發(fā)角的基準(zhǔn)點(diǎn)，(如圖2-3所示)當(dāng)為其它角度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)有時(shí)三相均有晶閘管導(dǎo)通，有時(shí)只兩相晶閘管導(dǎo)通。對(duì)于三相導(dǎo)通的情況，導(dǎo)通相負(fù)載上電壓為各相電壓。對(duì)于兩相導(dǎo)通的情況，導(dǎo)通的兩相每相負(fù)載上的電壓為其線電壓的一半，不導(dǎo)通相的負(fù)載電壓為零。圖2-2電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)原理電路圖圖2-3控制角的原理圖9第三章 主回路設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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)

33、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。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)與速度的反饋信號(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)與電流的反饋信號(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)晶閘管達(dá)到調(diào)速的目的。電子軟啟動(dòng)器一般都是采用16位單片機(jī)進(jìn)行智能化控制，他既能保證電動(dòng)機(jī)在負(fù)載要求的起動(dòng)特性下平滑起動(dòng)，又能降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)直接計(jì)

34、算機(jī)通訊控制，為自動(dòng)化智能控制打下良好的基礎(chǔ)。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(jiàn)圖3-2所示。將交流電動(dòng)機(jī)接入由晶閘管組成的三相交流調(diào)壓電路。在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程中，由控制電路調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角，使加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的端電壓由某一初值開(kāi)始逐步爬升至全電壓，電動(dòng)機(jī)將在較小的啟動(dòng)電流條件下由零速開(kāi)始平穩(wěn)上升到額定轉(zhuǎn)速。由于輸入至電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓受控于三相交流電壓電路的觸發(fā)脈沖角，因此改變觸發(fā)角的變化規(guī)律，可以改變電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式，使電動(dòng)機(jī)具有不同啟動(dòng)特性以適應(yīng)不同的工況要求。其工作原理為：在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)開(kāi)始時(shí)，QF閉合，控制晶閘管的觸發(fā)角為最大，即180度

35、，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)達(dá)到電動(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。軟停車時(shí)，KM斷開(kāi)，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，達(dá)到軟停車的目的。軟停車的電流曲線如圖3-3。程序存儲(chǔ)器LED顯示觸發(fā)脈沖驅(qū)動(dòng)主回路晶閘管門極鍵盤EXTINTBUSHIS I/O 80C196KCA/D HHSO.0-HSO.5I/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13吉林工

36、程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文圖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)可以避免軟起動(dòng)器產(chǎn)生諧波。晶閘管僅在起動(dòng)停車時(shí)工作，避免長(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。無(wú)旁路系統(tǒng)：其結(jié)構(gòu)如下圖3-4所示。旁路系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如下圖3-5所示。 圖3-4 無(wú)旁路系統(tǒng) 圖3-5 旁路系統(tǒng)153.3 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)，I=（1.52）； (3-1）對(duì)于本系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的參數(shù)已知如下：鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)（Y接）：

37、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： I=（1.52）=（210280）V； （3-2）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 ； （3-3）對(duì)三相電路 : U= U= U=（23）Um=（10761604）（3-4）取I=250A；U=1500V。可選KP25-15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

38、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(jiàn)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：680

39、V 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(kāi)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。過(guò)電流保護(hù)主要包括短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)兩種類型。短路保護(hù)的特點(diǎn)是整定電流大、瞬時(shí)動(dòng)作。電磁式電流脫扣器(或繼電器)、熔斷器常用作短路保護(hù)元件。過(guò)載保護(hù)的特點(diǎn)是整定電流較小、反時(shí)限動(dòng)作。熱繼電器、延時(shí)型電磁式電流繼電器常用作過(guò)載保護(hù)元件。 快速熔斷器是目前廣泛應(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?/p>

40、斷器具有通過(guò)電流越大，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)?？焖偃蹟嗥鞯倪x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)由于晶閘管的擊穿電壓接近工作電壓；線路中產(chǎn)生的過(guò)電壓容易造成器件電壓擊穿；正常工作時(shí)凡發(fā)生超過(guò)晶閘管能承受的最高峰值電壓的尖脈沖等統(tǒng)稱為過(guò)電壓。當(dāng)晶閘管關(guān)斷、正向電流下降到零時(shí)，管芯內(nèi)部會(huì)殘留許多載流子，在反向電壓的作用下會(huì)瞬間出現(xiàn)反向電流，使殘存的載流子迅速消失，

41、形成極大的di/dt。即使線路中串聯(lián)的電感很小，由于反向電勢(shì)V-Ldi/dt，所以也能產(chǎn)生很高的電壓尖峰（或毛刺），如果這個(gè)尖峰電壓超過(guò)晶閘管允許的最大峰值電壓，就會(huì)損壞器件。產(chǎn)生過(guò)電壓的外部原因主要是雷擊、電網(wǎng)電壓激烈波動(dòng)或干擾，內(nèi)部原因主要是電路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)積累的電磁能量不能及時(shí)消散。過(guò)電壓極易造成模塊損壞，因此必須采取必要的限壓保護(hù)措施，把晶閘管承受的過(guò)電壓限制在正反向不重復(fù)峰值電壓VRSM、VDSM值以內(nèi)。 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=75，C=

42、0.15F。3.7 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。其圖如下圖3-6所示：此部分各元件的具體參數(shù)如圖所示。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)：型號(hào)：ZYS-3A 電壓：

43、110V 電流：0.2A 功率：22W 轉(zhuǎn)速：2000r/min其它參數(shù)見(jiàn)圖3-7所示：圖3-7 轉(zhuǎn)速測(cè)量19吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文第四章 控制回路設(shè)計(jì)控制回路以80C196KC單片機(jī)為核心，主要由同步信號(hào)電路、觸發(fā)電路、反饋電路、鍵盤電路和顯示電路5部分組成。4.1 功能模塊分述4.1.1 80C196KC概述80C196KC是CHMOS高性能16位單片機(jī)中第二代產(chǎn)品，其芯片如圖4-1：圖4-1 80C196KC芯片2521吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文1.80C196KC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

44、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：(1)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寄存器來(lái)訪問(wèn)。(2)有3個(gè)PWM（脈寬調(diào)制）輸出；(3)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)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)80C196KC有兩個(gè)不可擦出的可編程存儲(chǔ)器UPROM（UNERASABLE PPROM），強(qiáng)了加密手段(6

45、)80C196KCK可采用16MHz的晶振，起速度比12MHz快33%；2.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)的RAM通過(guò)窗口映射同樣可以作為通用寄存器來(lái)訪問(wèn)。3.定時(shí)器80C196KC有兩個(gè)定時(shí)器，4.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HSI.2和HSI.3是雙向引腳，也可以用作高速輸出引腳HSO.4和HSI.5，它們的功能靠I/O控制寄存器IOC0和IOC1來(lái)選擇。它包括事件

46、檢測(cè)器、先進(jìn)先出（FIFO）隊(duì)列寄存器，保持寄存器、HSI時(shí)間寄存器、HSI事件形式寄存器、HSI狀態(tài)寄存器組成。5.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CPU（Central Processing Unit）的開(kāi)銷極少，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命令寄存器、HSO時(shí)間寄存器HSO保持寄存器、內(nèi)容寄存器（CAM）陣列、控制邏輯、多路開(kāi)關(guān)、定時(shí)器1定時(shí)器2和輸出部件組成。6.A/D轉(zhuǎn)換器80C

47、196KC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(kāi)關(guān)、一個(gè)采樣/持電路、一個(gè)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器、A/D命令寄存器、A/D結(jié)果寄存器和控制邏輯寄存器等組成7.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

48、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寄存器作為PWM寄存器。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?。CAM有8個(gè)寄存器，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 ULN2803概述ULN280

49、3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電路裝置以80C196KC單片機(jī)為核心，主要由軟開(kāi)關(guān)，采樣電路、控制電路三部分組成。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(kāi)關(guān)使用。同時(shí)裝置還具有短路、斷相、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

50、步電路產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行控制。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)警電路等，由于80C196KC內(nèi)部沒(méi)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： 23吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文圖4-3 CPU電路2925吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文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

51、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(kāi)始后的

52、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，則定時(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=.= （4-1）式4-1中，期望的移相控制角25吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文圖4-4 同步電路3127吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文圖4-5 同步電路波形分析當(dāng)從0變化到180式，T

53、A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。TA的每一個(gè)數(shù)字表示2微秒延時(shí)時(shí)間，對(duì)應(yīng)工頻相位較為0.036由高速輸出口輸出的脈沖單窄脈沖，若需要雙窄脈沖，可由硬件電路實(shí)現(xiàn)，如圖4-6所示。HSO.0HSO.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。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輸出的UG1K1是由HSO.0輸出的1單脈沖和HSO.1輸出的

54、2單脈沖合成的，其中HSO.1端輸出的2單脈沖比1單脈沖滯后60，也稱為補(bǔ)脈沖。圖4-6 雙脈沖形成及脈沖輸出電路由此也說(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。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(jiàn)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。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