畢業(yè)設計--基于單片機的軟起動器研究和設計

1、<p>　　基于單片機的軟起動器研究和設計</p><p><b>　　中文摘要</b></p><p>　　交流異步電動機因其成本低，高可靠性和少維護等優(yōu)點在各種工業(yè)領域中得到廣泛的應用，但其固有的起動性能差。傳統(tǒng)的降壓起動設備雖然能改善異步電動機的起動性能，但是同時也會帶來二次沖擊電流等新問題。而采用晶閘管交流調壓方式的電力電子軟起動方式能平滑、無級地起

2、動電動機，減小起動電流的沖擊。本課題是基于STC89C52單片機為主控制核心，采用STC89C52單片機控制的晶閘管交流調壓方式，對電動機的軟起動器硬件和軟件設計。通過控制電機的電流．使電機緩慢、平滑的加速，避免大電流對電機和電網(wǎng)的沖擊，提高電網(wǎng)的工作效率和減少起動時對電機的沖擊損傷，從而達到節(jié)能、保護設備的作用。</p><p>　　[關鍵詞] 軟啟動；STC89C52單片機；晶閘管；交流異步電機</p&

3、gt;<p>　　Based on SCM soft starter research and design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Ac induction motor because of its low cost, high reliability and less maintenance in v

4、arious industrial areas widely applied, but its inherent starting performance is poor. The traditional step-down start equipment although can improve the asynchronous motor starting performance, but also brings new probl

5、ems such as secondary current impulse. While using thyristor ac voltage of power electronic soft starter way way can smooth without level ground starting motor, reduce the impact of starting cur</p><p>　　Key

6、words：Soft start；STC89C52 microcontroller；Thyristor；Ac induction motor</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、引言4</b></p><p>　　(一)研究的背景4</p><p>　　(

7、二)研究的目的和意義5</p><p>　　(三)國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀6</p><p>　　二、軟啟動的相關概述7</p><p>　　(一)軟起動的基本概念和分類7</p><p>　　(二)軟起動的原理7</p><p>　　(三)軟起動的運行方式8</p><p>　　三、系統(tǒng)硬

8、件設計8</p><p>　　(一)系統(tǒng)設計的總體方案8</p><p>　　(二)系統(tǒng)的硬件設計9</p><p>　　1.單片機最小系統(tǒng)電路及介紹9</p><p>　　2.同步信號電路13</p><p>　　3.晶閘管驅動電路14</p><p>　　4.相續(xù)檢測電路15&

9、lt;/p><p>　　5.電流檢測電路15</p><p>　　6.AD轉換電路16</p><p>　　四、系統(tǒng)軟件設計17</p><p>　　(一)主程序流程圖17</p><p>　　(二)中斷程序流程圖17</p><p>　　(三)觸發(fā)脈沖中斷程序流程圖19</p&g

10、t;<p><b>　　五、結束語19</b></p><p><b>　　參考文獻21</b></p><p><b>　　致 謝22</b></p><p>　　附件1：系統(tǒng)設計程序23</p><p><b>　　一、引言</b>

11、;</p><p><b>　　(一)研究的背景</b></p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，許多工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)能力迅速提高，隨之而來的是大型、重型生產(chǎn)設備不斷涌現(xiàn)，其生產(chǎn)設備的驅動電機容量也越來越大，比如在鋼鐵和石油化工行業(yè)使用幾千千瓦甚至1萬千瓦以上的電機也越來越多。三相異步電動機在直接啟動時，電流能達到額定電流的5～7倍。對于大功率的電機該電流將引起電網(wǎng)

12、電壓急劇下降，從而破壞同電網(wǎng)其它設備的正常運行，甚至引起電網(wǎng)失去穩(wěn)定。同時，電機直接全壓起動時的大電流在電機定子線圈和轉子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力，會破壞繞組絕緣和造成鼠籠條斷裂，引起電機故障，大電流還會產(chǎn)生大量的焦耳熱，損傷繞組絕緣，減少電機壽命。</p><p>　　而在各種工業(yè)控制和應用系統(tǒng)中，技術發(fā)展軌跡幾乎無一例外地遵循著由模擬電路的控制技術轉向全數(shù)字微機控制技術。由于單片機具有體積小、集成度高、運算速

13、度快、運行可靠、應用靈活、價格低廉以及面向控制等特點，因此在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、智能化設備和各種家用電器等領域得到廣泛的應用，而且發(fā)展非常迅猛。隨著單片機應用技術水平不斷提高，目前單片機的應用領域已經(jīng)遍及幾乎所有的領域采用單片機設計的軟起動控制器，在大功率電機起動過程中，追蹤電機功率因數(shù)角，實現(xiàn)觸發(fā)信號與電機電壓的同相位。</p><p>　　電動機是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通運輸?shù)闹匾O備，而且，隨著社會生

14、產(chǎn)的日益發(fā)展，電動機的應用將會越來越廣，與電機配套的控制設備的性能也必將成為用戶關注的焦點。電動機的控制主要包括電機的起動、調速和制動。三相交流鼠籠式異步電動機因其結構簡單，運行可靠和價格便宜而被廣泛采用。</p><p>　　通過控制電機的電流,使電機緩慢、平滑的加速，避免大電流對電機和電網(wǎng)的沖擊，提高電網(wǎng)的工作效率和減少起動時對電機的沖擊損傷，從而達到節(jié)能、保護設備的作用。</p><p&

15、gt;　　(二)研究的目的和意義</p><p>　　在電動機運行過程中，對設備的使用壽命影響最大的是電動機的起動和制動。傳統(tǒng)的適用于中小功率鼠籠電動機的起動方式有直接起動、星三角降壓起動、自藕變壓器降壓起動等起動方式，在起動泵、風機、壓縮機、輸送帶等設備的時候會引起較大的沖擊電流和沖擊轉矩，引起機械與電氣的沖擊。這些起動方式在照顧了起動的某一方面的要求的同時，總要以犧牲另一方面性能為代價，不能兼顧到系統(tǒng)各方面的

16、總體性能，僅適用于一些對起動要求不高的場合；另外，這些起動方式更談不上兼顧其他方面。</p><p>　　電動機停車的要求。轉子回路串電阻和串頻敏電阻起動方式也僅適用于繞線型轉子，而且由于轉子回路串入了電阻，使控制部分體積大為增加，維修復雜，費用高。通過比較異步電動機的各種起動方式，如下圖l所示，我們可以看到，當電機全壓起動時，對電網(wǎng)的沖擊最大，沖擊時間也最長；而通常使用的降壓起動也就是硬起動，對電網(wǎng)的沖擊雖比較

17、小，但是由于涉及到—個電機端電壓切換過程，所以出現(xiàn)二次沖擊的不利環(huán)節(jié)；軟起動由于在起動前設定了一個不對電網(wǎng)產(chǎn)生影響的起動電流，電流是緩慢增大至設定電流。</p><p>　　單片機它有較強的控制功能和低廉的成本。人們在選擇電動機的控制時，常常是在先滿足功能需要的同時，優(yōu)先選擇成本低的控制器，所以，單片機往往成為優(yōu)先選擇的目標。因此，設計單片機控制的軟啟動器意義重大。</p><p>　　圖

18、1 各種啟動方式對電網(wǎng)的影響</p><p>　　(三)國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀</p><p>　　電力電子軟起動的出現(xiàn)是隨著晶閘管的出現(xiàn)而發(fā)展起來的，最早采用晶閘管三相交流調壓電路對電動機的軟起動應用是在1970年由英國人發(fā)明的，由于采用這種方法可以獲得很好的起動性能，所以曾引起人們廣泛的注意。近二十多年來，國外對晶閘管三相交流調壓電路進行了廣泛的研究，在工業(yè)應用領域得到應用，在某些領域應用顯

19、示出獨特的技術優(yōu)勢。90年代以后，國外一些著名廠商推出了軟起動系列產(chǎn)品，技術已趨于成熟。如美國的AB公司生產(chǎn)的315～2000KW的交流調壓式電力電子軟起動器，英國的CT公司，法國的TE公司，德國AEG公司及歐洲ABB公司等均推出了軟起動產(chǎn)品；德國的西門子公司推出一系列產(chǎn)品：SIRIUS 3RW30/31適用于55KW以下電機，SIKOSTART 3RW22適用于710KW以下電機，SIKOSTART 2RW34適用于1050KW以下電

20、機。從軟起動出現(xiàn)在世界（1970年），就伴隨著研究軟起動器能否實現(xiàn)節(jié)約能源的問題。英國人曾在八十年代初就對不同控制原理的軟起動產(chǎn)品做過對比試驗，并得出在40％～50％的額定負載下，軟起動器有明顯的節(jié)能效果的結論，從而使得這種控制器在輕載情況下大大被采用。</p><p>　　目前，國外對晶閘管三相交流調壓電路的研究已從對控制電壓控制電機電流的開環(huán)、閉環(huán)方式，發(fā)展到通過建立比較準確實用的數(shù)學模型，找到適于三相交流調

21、壓電路電機負載的控制方法，從而使三相交流調壓電路電機負載性能更優(yōu)。如將原變頻調速中的矢量控制和磁場定向控制引入，創(chuàng)立軟起動技術的轉矩控制。</p><p>　　國內(nèi)在軟起動器方面也有研究。我國軟起動技術起步于80年代初期，以后也推出了各種品牌的軟起動器，但在技術上和可靠性上與國外同類產(chǎn)品尚有一定的差距。已推出JKR、NJR1、STR、JKB型軟起動器和JQ、JQZ型固態(tài)節(jié)能軟起動器等產(chǎn)品。JQ型用于輕負載起動，J

22、QZ型用于重負載起動，最大控制功率達800kW，并已在上海、廣東、新疆、湖南等省市一些工程中應用10年。有一些大專院校對于軟起動器技術也有一定研究。</p><p>　　二、軟啟動的相關概述</p><p>　　(一)軟啟動的基本概念和分類</p><p>　　軟起動器是一種用來控制交流異步電動機的新設備，它是集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎

23、電機控制裝置，國外稱為Soft Starter。軟起動器的主要構成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導通角，使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。</p><p>　　軟起動方式包括：(1)電壓斜坡軟起動：軟起動器使電動機定子上的加載電壓迅速上升至預先設定值，隨后按照設定的軟起時間，加載電壓線性增加至最大。(2)限流起動：電動

24、機起動后，軟起動器的輸出電流迅速增加至預先可自由設定的電流值，此后在輸出電流不大于該電流。的前提下，逐漸提升電壓，完成軟起動過程。</p><p><b>　　(二)軟起的原理</b></p><p>　　軟起動的主要構成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導通角，使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可

25、實現(xiàn)不同的功能。電動機軟起動器是運用串接于電源與被控電機之間的軟起動器，控制其內(nèi)部晶閘管的導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數(shù)關系逐漸上升，直至起動結束，賦予電機全電壓，即為軟起動，在軟起動過程中，電機起動轉矩逐漸增加，轉速也逐漸增加。當然減小異步電動機起動電流大小可以通過降低定子電壓或者增大電阻和漏抗來實現(xiàn)。于是就有降壓起動，串電抗起動和電阻調節(jié)等起動方法。其中鼠籠式異步電動機因轉子回路無法外接附加電阻，考慮到運行效率，也不宜設計成有

26、較大的轉子電阻，所以對于不需要很大起動轉矩的機械負載，可用降壓起動方法。所謂降壓起動，就是當電動機起動時以較低于額定電壓的電壓接至定子繞組，待電動機的轉速上升到接近額定轉速后，再切換到額定電壓下運行。傳統(tǒng)的常用降壓起動裝置有自耦變壓器起動、Y－△起動和延邊三角形換接開關起動等。這三種降壓起動方式都屬于有級起動方法，在電壓切換瞬時都會產(chǎn)生二次電流和轉矩的尖脈沖沖擊，起動的平滑性不高。</p><p>　　要實現(xiàn)給定

27、起動電流和起動轉矩的要求，在一定時間內(nèi)平滑起動電機，只要控制定子外施電壓，使其逐漸上升。這是許多起動方式和起動設備所采用的理論根據(jù)。電子軟起動器就是接在電源與異步電動機之間，應用電力電子器件（晶閘管）實現(xiàn)負載電壓有效值的調節(jié)，能夠滿足無級、平滑地調節(jié)輸出電壓，消除了傳統(tǒng)降壓起動裝置中出現(xiàn)的二次電流和二次轉矩的沖擊問題。</p><p><b>　　(三)軟起運行方式</b></p>

28、;<p>　　軟起動器完成起動電動機任務之后，可以有以下四種運行狀態(tài)：（1）跨越運行模式</p><p>　　晶閘管處于全導通狀態(tài)，電動機工作于全壓方式，電壓諧波分量可以完全忽略，這種方式常用于短時重復工作的電動機。對于要求實現(xiàn)電機軟起動、軟停止、節(jié)能、故障保護、報警等功能的較完整的電機控制系統(tǒng)，則采用這種運行狀態(tài)。（2）接觸器旁路工作模式在電動機達到滿速運行時，用旁路接觸器取代已完成起動任務的軟起

29、動器，這樣可以降低晶閘管的熱損耗，提高系統(tǒng)的效率。在這種工作模式下，便有可能用一臺軟起動器起動多臺電動機。（3）節(jié)能運行模式當電動機負荷較輕時，軟起動器自動降低施加于電動機定子上的電壓，減少了電機電流的勵磁分量，從而提高了電動機的功率因數(shù)。（4）調壓調速模式</p><p>　　軟起動器既然是用晶閘管調壓原理來實現(xiàn)的，因此也可以作調壓調速運行。通過改變導通角控制電機電壓，達到改變電機速度的目的。由于頻率不變，電壓

30、降低時會引起電機中磁場飽和，因此這種方式調速效果有限。</p><p><b>　　三、系統(tǒng)硬件設計</b></p><p>　　(一)系統(tǒng)設計的總體方案</p><p>　　該方案中用STC89C52單片機作為軟起動器的控制核心，可實現(xiàn)其較復雜的I/O控制算法。主回路采用三相平衡調壓式，在電源與被控電機之間的串聯(lián)3對反向并聯(lián)的大功率晶閘管，通

31、過觸發(fā)信號控制晶閘管觸發(fā)角的大小來改變其導通程度，由此控制電機三相定子繞組上的電壓從零逐漸平滑地升至額定電壓。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，電流檢測裝置檢測三相定子電流并送入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時，才使電機繼續(xù)升壓起動；若三相起動電流不平衡并超過規(guī)定范圍，則停止起動。由電機理論可知，當電機的輸入電源頻率不變時，電機的輸出轉矩與輸入電

32、壓的平方成正比。因此，軟起動不僅使電機定子電壓連續(xù)平滑地增加，實現(xiàn)了升壓限流起動，而且避免了電機起動轉矩的沖擊和不平穩(wěn)的現(xiàn)象。其系統(tǒng)的控制模塊框圖下圖2所示：</p><p>　　圖2 系統(tǒng)控制模塊框圖</p><p>　　(二)系統(tǒng)的硬件設計</p><p>　　1.單片機最小系統(tǒng)電路及介紹</p><p>　　在課題設計的控制系統(tǒng)中，控

33、制核心是STC89C52單片機，該單片機為51系列增強型8位單片機，它有32個I/O口，片內(nèi)含4K FLASH工藝的程序存儲器，便于用電的方式瞬間擦除和改寫，而且價格便宜，其外部晶振為12MHz，一個指令周期為1μS。使用該單片機完全可以完成設計任務，其最小系統(tǒng)主要包括：復位電路、震蕩電路以及存儲器選擇模式（EA腳的高低電平選擇），電路如下圖3所示：</p><p>　　圖3 單片機最小系統(tǒng)</p>

34、<p>　　本課題設計的控制系統(tǒng)主控制芯片選型為STC89C52單片機，其特點如下：</p><p>　　1.1 STC89C52單片機簡介</p><p>　　目前，51系列單片機在工業(yè)檢測領域中得到了廣泛的應用，因此我們可以在許多單片機應用領域中，配接各種類型的語音接口，構成具有合成語音輸出能力的綜合應用系統(tǒng)，以增強人機對話的功能。STC89C52單片機是深圳宏晶科技有限公

35、司生產(chǎn)的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個8位的微型處理器CPU；一個512K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM；4K片內(nèi)程序存儲器；四個8位并行的I/O接口P0-P3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。&

36、lt;/p><p>　　1.2 STC89C52單片機時序</p><p>　　STC89C52單片機的一個執(zhí)器周期由6個狀態(tài)(s1—s6)組成，每個狀態(tài)又持續(xù)2個震蕩周期，分為P1和P2兩個節(jié)拍。這樣，一個機器周期由12個振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個機器周期為1us，每個狀態(tài)周期為1／6us；在一數(shù)情況下，算術和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2

37、期間。對于單周期指令，當指令操作碼讀人指令寄存器時，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機器周期的s4讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在51期間仍進行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加1。在加結束時完成指令操作。多數(shù)STC89C52指令周期為1—2個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需4個機器周期。 對于雙字節(jié)單機器指令，通常是在一個機器周期內(nèi)從程序存儲器中讀人兩個字節(jié)，但Mov

38、x指令例外，Movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的單字節(jié)雙機器周期指令，在執(zhí)行Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲器被訪問且被選通時跳過兩次取指操作。</p><p>　　1.3 STC89C52單片機引腳介紹</p><p>　　STC89C52單片機的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個控制或與其它電源復用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。</p>&l

39、t;p>　　下面按引腳功能分為4個部分敘述個引腳的功能。</p><p>　　（1）電源引腳Vcc和Vss</p><p>　　Vcc（40腳）：接+5V電源正端；</p><p>　　Vss（20腳）：接+5V電源正端。</p><p>　　（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2</p><p>　　XTAL

40、1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。</p><p>　　XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。&

41、lt;/p><p>　　（3）控制信號或與其它電源復用引腳</p><p>　　控制信號或與其它電源復用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。</p><p>　?。ˋ）．RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復位或掉電保護端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可

42、實現(xiàn)復位操作，使單片機復位到初始狀態(tài)。</p><p>　　當VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　（B）．ALE/ P （30腳）：當訪問外部存儲器時，ALE（允許地址鎖存信號）以每機器周期兩次的信號輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低</p><p>　?。–

43、）．PSEN(29腳):片外程序存儲器讀選通輸出端,低電平有效。當從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器期間，PESN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　?。―）．EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。當EA端保持高電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器4KB（MS—52子系列為8KB）。若超出該范圍時，自動轉去

44、執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當EA端保持低電平時，無論片內(nèi)有無程序存儲器，均只訪問外部程序存儲器。對于片內(nèi)含有EPROM的單片機，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。</p><p>　?。?）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口</p><p>　　(A).P0口（39腳～22腳）：P0.0～P0.7統(tǒng)稱為P0口。當不接外部存儲器與不擴展I/O接口時

45、，它可作為準雙向8位輸入/輸出接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O口時，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時復用口。它分時提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　對于片內(nèi)含有EPROM的單片機，當EPROM編程時，從P0口輸入指令字節(jié)，而當檢驗程序時，則輸出指令字節(jié)。</p><p>　　(B).P1口（1腳～8腳）：P1.0～P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準雙向I/O接口使用。對于MCS—52子系

46、列單片機，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P0口接收輸入的低8位地址。</p><p>　　(C).P2口（21腳～28腳）：P2.0～P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作為準雙向I/O接口。當接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過256個字節(jié)時，P2口用于高8位地址總線送

47、出高8位地址。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P2口接收輸入的8位地址。</p><p>　　(D).P3口（10腳～17腳）：P3.0～P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見下表</p><p>　　表1 單片機P3.0管腳含義</p&g

48、t;<p>　　綜上所述，MCS—51系列單片機的引腳作用可歸納為以下兩點：</p><p>　　1).單片機功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；</p><p>　　2).單片機對外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時復用作為數(shù)據(jù)總線。</p><p><b>　　2.同步信號電路</b><

49、/p><p>　　軟起動器必須在一個電壓周期內(nèi)控制可控硅的導通角，即通過確定電壓波形的過零點，延時一段時間后輸出觸發(fā)信號來控制其導通角。電壓波形的過零點通過同步信號電路檢測獲得。所謂同步，就是通過供給各觸發(fā)單元不同相位的交流電壓，使得各觸發(fā)器分別在各晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時刻輸出觸發(fā)脈沖，從而保證各晶閘管可以按順序獲得觸發(fā)。根據(jù)同步基準的不同觸發(fā)方式分絕對觸發(fā)方式和相對觸發(fā)方式。所謂絕對觸發(fā)方式是指每一觸發(fā)脈沖的形成時

50、刻均由同步基準決定，這在三相交流調壓電路中就需要有六個同步基準交流電壓，需要一個專門的同步變壓器；而相對觸發(fā)方式僅需一個同步基準，當?shù)谝粋€脈沖由同步基準產(chǎn)生后，再以第一個觸發(fā)脈沖作下一個觸發(fā)脈沖的基準，以此類推。本系統(tǒng)中，為減少外圍電路和簡單化，使用的是相對觸發(fā)方式。</p><p>　　下圖4是一種簡單的單相同步信號電路，線電壓Uab作為交流同步電壓，通過變壓器降壓后，經(jīng)過零比較器形成方波信號，方波信號送入ST

51、C89C52單片機的P3.2引腳正跳變產(chǎn)生外部中斷。R1、R2、和C1起濾波作用和限制流過二極管的電流。D1、D2的作用是限幅比較器的差模輸入信號以保護比較器。R3是上拉電阻，C2是去耦電容。由于所形成的方波信號的上跳沿超前于的基準30°，所以以線電壓Uab作同步電壓時就有30°的相位差，這在軟件設計中要予以考慮并進行調整。</p><p><b>　　圖4 同步信號電路</b

52、></p><p><b>　　3.晶閘管驅動電路</b></p><p>　　在本設計中，脈沖的同步由前面的同步信號電路產(chǎn)生，而脈沖的移相、形成和輸出是由STC89C52單片機完成的。其驅動電路如下圖5所示，由單片機P1口的低六位輸出脈沖通過觸發(fā)電路送至晶閘管的控制極。觸發(fā)電路的功能是將控制器送來的控制信號轉換成為晶閘管所需要的觸發(fā)信號，該電路首先必須有隔離功

53、能，把主控制器電路和主電路隔離開來，其次必須有較大的帶負載能力，可以驅動晶閘管?？紤]到觸發(fā)信號的電壓隔離問題，采用了絕緣強度高、隔離效果好的脈沖變壓器。觸發(fā)電路共有六路，一個周期內(nèi)輸出六路相角差為60°的六個驅動信號。如下圖5就是本系統(tǒng)中使用的觸發(fā)驅動電路。其中，光耦起著隔離控制電路與主電路的作用，晶體三極管可將CPU輸出的脈沖信號放大，其工作在開關狀態(tài)。脈沖變壓器一方面?zhèn)鬟f脈沖，另一方面對弱電和強電起隔離作用，脈沖變壓器具有

54、比光耦更大的驅動能力。R4、D1起續(xù)流作用，防止脈沖變壓器飽和，D2、D3、R5起整形作用。</p><p>　　圖5 晶閘管驅動電路</p><p><b>　　4.相續(xù)檢測電路</b></p><p>　　下圖6為一路相序檢測電路。管壓降取自反并聯(lián)的兩只晶閘管的陰極K1和K2，這兩點也正好是控制部分觸發(fā)脈沖線的陰極線，可以直接檢測。A相反并

55、聯(lián)的晶閘管管壓降經(jīng)過R2限流和U1整流橋的整流，再經(jīng)過光電隔離，最后經(jīng)濾波由A1點輸出送入到單片機P2.0引腳上。同理，B、C相由A2和A3送入P2.1和P2.2引腳。</p><p><b>　　圖6 相續(xù)檢測電路</b></p><p><b>　　5.電流檢測電路</b></p><p>　　電流檢測的方法多種多樣，

56、用電流互感器測得交流電流值，含有脈動成分，可采用硬件或軟件的方法減小脈動的影響。硬件實現(xiàn)可利用整流濾波電路。軟件實現(xiàn)一般采用平均值濾波法即讓采樣周期T與電源的頻率保持嚴格的比例關系，在工頻周期內(nèi)進行累加求積分而濾除交流成分。其電流檢測原理電路圖如下圖7。主回路中接入電流互感器，然后利用電路把電流互感器二次側交流電流轉換成與之成正比的直流電壓，最后輸入A/D的轉換芯片AD0809的通道0。其中D1、D2兩個二極管起過載保護作用，串聯(lián)電路R

57、4可起到限流作用，因模擬信號源內(nèi)阻過大會降低A/D轉換精度，所以并聯(lián)的電容C可起到誤差補償作用。</p><p><b>　　圖7 電流檢測單元</b></p><p><b>　　6.AD轉換電路</b></p><p>　　ADC0809是M美國國家半導體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉換器。其內(nèi)部

58、有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。是目前國內(nèi)應用最廣泛的8位通用A/D芯片。</p><p>　　本系統(tǒng)采用的A/D轉換器就選型為ADC0809，ADC0809對前端采集電路變換的電流值信號進行模/數(shù)轉換。單片機STC89C52與A/D轉換器ADC0809的接口電路如圖8所示。</p><p>　　圖8 單片機與AD080

59、9的接口電路</p><p><b>　　四、系統(tǒng)軟件設計</b></p><p><b>　　(一)主程序流程圖</b></p><p>　　本系統(tǒng)應用程序主要由主程序，中斷服務程序和子程序組成，采用STC89C52單片機匯編語言編程，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的判斷、分析，控制功能。主程序主要是完成系統(tǒng)初始化，參數(shù)的設置，相序的判斷以

60、及起動方式的選擇。其主程序如下圖9所示：</p><p>　　圖9 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　(二)中斷程序流程圖</p><p>　　中斷服務程序有外部中斷0程序和定時器中斷程序。子程序主要是對一些數(shù)據(jù)算法的處理，本系統(tǒng)中主要是對起動方法算法的處理，即觸發(fā)角變化的計算。軟起動不同方法的實現(xiàn)是通過在中斷中調用觸發(fā)角算法子程序來完成的。其中斷程序流程圖如下

61、圖10所示：</p><p>　　圖10 外部中斷程序流程圖</p><p>　　下面是外部中斷服務程序：</p><p>　　INT：PUSHA；保護現(xiàn)場</p><p>　　SUB T_CYCLE,T1,T_LAST；計算電網(wǎng)周期T，并存當前正跳變時間</p><p>　　LD T_LAST,T1</p>

62、;<p>　　LCALL DELAY1；調用軟起動算法子程序</p><p>　　LDB HSO_COMMAND,#30H；給1號脈沖置位命令，并允許中斷</p><p>　　ADD HSO_TIME,T1,ANGLE_TIME</p><p>　　LCALL DELAY2</p><p>　　ADD DOWN_TIME,ANG

63、LE_TIME,PULSE_WIDTH</p><p>　　LDB HSO_COMMAND,#00H；給1號脈沖清零命令，不發(fā)生中斷</p><p>　　ADD HSO_TIME,T1,DOWN_TIME</p><p><b>　　POPA</b></p><p><b>　　RET</b><

64、;/p><p>　　(三)觸發(fā)脈沖中斷程序流程圖</p><p>　　本中斷服務程序是形成觸發(fā)晶閘管門極的脈沖信號。當?shù)?號脈沖上升沿到來時，單片機產(chǎn)生中斷，根據(jù)當前α值，加上兩相脈沖之間的相位差，在三相交流調壓電路中相位差為60°，則2號脈沖的定時值T2U和T2D就可以確定了。同理當2號脈沖至5號脈沖的上升沿產(chǎn)生時，也分別引起單片機中斷，產(chǎn)生3號至6號觸發(fā)脈沖。</p>

65、<p>　　圖11 觸發(fā)脈沖中斷程序流程圖</p><p><b>　　五、結束語</b></p><p>　　交流電動機作為重要的動力裝置，已經(jīng)被廣泛地應用到各行各業(yè)中，可以說，交流電動機對于我國的經(jīng)濟建設起著不可或缺的作用。但是由于其固有的起動性能較差，通常要求采用專門的起動設備來完成正常的起動工作，尤其當頻繁起動時更是如此。采用電力半導體器件用于電

66、動機起動控制的電力電子軟起動器解決了傳統(tǒng)降壓起動方法存在的二次電流沖擊問題，具有無觸點、起動電流及起動時間可控、起動過程平滑等優(yōu)點，并且維護工作量小，節(jié)能效果顯著，具備完善的電機保護功能。</p><p>　　此外，通過此次畢業(yè)論文的課題設計，我們學會了怎樣把所學的書本知識應用于實踐中去，并學會了如何去思考整個控制系統(tǒng)的軟硬件設計。實踐過程中我們遇到了一些困難，但在解決問題的過程中，我們學會了團隊合作精神和怎樣發(fā)

67、現(xiàn)問題、分析問題，進而解決問題。此次課程設計不僅增強了我們學習專業(yè)課的興趣，而且給了我們勇氣和信心，更重要的是它為我們以后的學習指明了方向。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 許宏綱．軟起動器原理及應用[J]．能源技術，2002(6).</p><p>　　[2] 黃碩，一種新型晶閘管軟起動器控制電路的設

68、計[J]，電機技術，2007(03).</p><p>　　[3] 許宏綱．軟起動器原理及應用[J]．能源技術，2002(6)：132—135．</p><p>　　[4] 王兆安，黃俊主編，電力電子技術(第4版)，北京：機械工業(yè)出版社，2002年．</p><p>　　[5] 徐以榮，冷增祥，電力電子學基礎[M]，南京：東南大學出版社，1996.</p>

69、;<p>　　[6] 成開友．基于單片機的電機保護與軟起動控制[J]．電子科技大學學報，2003(2).</p><p>　　[7] 張紹文．電動機軟起動技術及其應用[J]．唐山學院學報，2003.</p><p>　　[8] 陳翔宇．江和,淺析異步電機電子軟起動器的現(xiàn)狀和展望[J]．電氣開關，2003(6).</p><p>　　[9] 楊建．電機軟

70、起動器自啦用和改進、工礦自動化．2002年第6期．</p><p>　　[10] 張毅剛.單片機原理及應用[M].北京:高等教育出版社,2008. </p><p>　　[11] 張毅剛.單片機原理及應用[M].北京:高等教育出版社,2008. </p><p>　　[12] 蔡美琴,張為民等.《MCS-51系列單片機系統(tǒng)及其應用》高等教育出版社，2004(06).

71、</p><p>　　[13] 張毅剛,等.MCS-51單片機應用設計[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社,1997.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文是在我的指導老師密切關心和悉心指導下完成的。老師在課題開題期間和論文寫作的過程中給予了我許多指導，導師總是以認真負責、一絲不茍的工作態(tài)度閱讀并修改文章中不足的地方，

72、他優(yōu)良的作風和嚴謹治學的態(tài)度深深影響著我，至此,向恩師致以最真摯的感謝和最崇高的敬意！</p><p>　　同時我要感謝我的同學，特別是我的室友們，正是他們在這幾年里陪我一起成長，一起學習，才讓我有了今天的成績。他們在平時的學習和生活中他們給予了我無私的關懷和幫助，在此表示我最誠摯的謝意。</p><p>　　附件1：系統(tǒng)設計程序</p><p>　　(一)AD08

73、09程序</p><p>　　CH EQU 30H</p><p>　　DPCNT EQU 31H</p><p>　　DPBUF EQU 33H</p><p>　　GDATA EQU 32H</p><p>　　ST BIT P3.0</p><p>　　OE BIT P3.1</p&

74、gt;<p>　　EOC BIT P3.2</p><p><b>　　ORG 00H</b></p><p>　　LJMP START</p><p><b>　　ORG 0BH</b></p><p><b>　　LJMP T0X</b></p>

75、<p><b>　　ORG 30H</b></p><p>　　START: MOV CH,#0BCH</p><p>　　MOV DPCNT,#00H</p><p>　　MOV R1,#DPCNT</p><p><b>　　MOV R7,#5</b></p><

76、p><b>　　MOV A,#10</b></p><p>　　MOV R0,#DPBUF</p><p>　　LOP: MOV @R0,A</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　DJNZ R7,LOP</p><p>　　MOV @R0

77、,#00H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#00H</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV @R0,#00H</p><p>　　MOV TMOD,#01H</p>&

78、lt;p>　　MOV TH0,#(65536-4000)/256</p><p>　　MOV TL0,#(65536-4000) MOD 256</p><p><b>　　SETB TR0</b></p><p><b>　　SETB ET0</b></p><p><b>　　S

79、ETB EA</b></p><p>　　WT: CLR ST</p><p><b>　　SETB ST</b></p><p><b>　　CLR ST</b></p><p>　　WAIT: JNB EOC,WAIT</p><p><b>　　S

80、ETB OE</b></p><p>　　MOV GDATA,P0</p><p><b>　　CLR OE</b></p><p>　　MOV A,GDATA</p><p>　　MOV B,#100</p><p><b>　　DIV AB</b></p

81、><p><b>　　MOV 33H,A</b></p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p><b>　　MOV B,#10</b></p><p><b>　　DIV AB</b></p><p><b&

82、gt;　　MOV 34H,A</b></p><p><b>　　MOV 35H,B</b></p><p><b>　　SJMP WT</b></p><p><b>　　T0X: NOP</b></p><p>　　MOV TH0,#(65536-4000)/2

83、56</p><p>　　MOV TL0,#(65536-4000) MOD 256</p><p>　　MOV DPTR,#DPCD</p><p>　　MOV A,DPCNT</p><p>　　ADD A,#DPBUF</p><p><b>　　MOV R0,A</b></p>

84、<p><b>　　MOV A,@R0</b></p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P1,A</b></p><p>　　MOV DPTR,#DPBT</p><p>　　MOV A,DPCNT</p><p>

85、　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P2,A</b></p><p><b>　　INC DPCNT</b></p><p>　　MOV A,DPCNT</p><p>　　CJNE A,#8,NEXT</p><p>　　MOV DPCNT

86、,#00H</p><p>　　NEXT: RETI</p><p>　　DPCD: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H</p><p>　　DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00H</p><p>　　DPBT: DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H</p><p>　　DB 0EFH,

87、0DFH,0BFH,07FH</p><p><b>　　END</b></p><p>　　(一)觸發(fā)角計算的部分程序：</p><p>　　CMPB ANGLE,ANGLE_MIN；觸發(fā)角是否小于設定的最小角度</p><p><b>　　JE S2</b></p><p&g

88、t;　　MULU EX,T_CYCLE,ANGLE</p><p>　　DIVU EX,#360</p><p>　　LD ANGLE_TIME,EX1</p><p>　　LOOP1：DECB LOOP；觸發(fā)角固定不變</p><p>　　CMPB LOOP,#0</p><p><b>　　JNE S3&

89、lt;/b></p><p>　　SUBB ANGLE,#DECRET；觸發(fā)角以一定的步長減小</p><p>　　LDB LOOP,#10</p><p><b>　　SJMP S3</b></p><p>　　S2：MULU EX,T_CYCLE,ANGLE</p><p>　　DIVU

90、 EX,#360</p><p>　　LD ANGLE_TIME,EX1</p><p><b>　　S3：RET</b></p><p>　　(二)觸發(fā)脈沖中斷程序：</p><p><b>　　INT：PUSHA</b></p><p>　　LD TEMP_TIME,T1

91、；暫存發(fā)生當前中斷時對應的T1時間值</p><p>　　CMPB FLAG,#0；判斷是哪個HSO通道發(fā)生中斷，并發(fā)上一號脈沖</p><p><b>　　JE PULSE6</b></p><p>　　LAST_PULSE：SUBB NUM1,FLAG,#1</p><p>　　ORB NUM1,#20H；上一號脈沖

92、置位，不發(fā)生中斷</p><p>　　LDB HSO_COMMAND,NUM1</p><p>　　ADD HSO_TIME,T1,#3</p><p>　　LCALL DELAY2</p><p>　　ANDB NUM1,#0FH；上一號脈沖清零，不發(fā)生中斷</p><p>　　LDB HSO_COMMAND,NUM

93、1</p><p>　　ADD HSO_TIME,T1,PULSE_WIDTH</p><p>　　SJMP NEXTPULSE</p><p>　　PULSE6：LDB HSO_COMMAND,#25H</p><p>　　ADD HSO_TIME,T1,#3</p><p>　　LCALL DELAY2</p

94、><p>　　LDB HSO_COMMAND,#05H</p><p>　　ADD HSO_TIME,T1,PULSE_WIDTH</p><p>　　NEXTPULSE：CMPB FLAG,#5；是第6號脈沖嗎？若是,置FLAG為0，退出</p><p><b>　　JE S</b></p><p>

95、;　　ADDB NUM2,FLAG,#1；發(fā)下一號脈沖置位命令并允許中斷</p><p>　　ORB NUM2,#30H</p><p>　　LCALL DELAY3</p><p>　　LDB HSO_COMMAND,NUM2</p><p>　　ADD HSO_TIME,TEMP_TIME,PHASE_SHIFT</p>&

96、lt;p>　　ANDB NUM2,#0FH；發(fā)下一號脈沖清零命令不中斷</p><p>　　LCALL DELAY2</p><p>　　ADD DOWN_TIME,PHASE_SHIFT,PULSE_WIDTH</p><p>　　LDB HSO_COMMAND,NUM2</p><p>　　ADD HSO_TIME,TEMP_TIM

97、E,DOWN_TIME</p><p><b>　　INCB FLAG</b></p><p><b>　　SJMP S1</b></p><p>　　S：CLRB FLAG</p><p><b>　　S1：POPA</b></p><p><b