【正文】 變頻器不僅可以用于電動機的起動，而且可以同時用于電動機運行中的調(diào)速節(jié)能。因此須同時投資大容量的諧波濾波裝置。如此，將大大降低電動機的絕緣壽命，甚至損壞電機 ,一般需配置特殊絕緣的鼠籠式電動機。而且維修費用是相當(dāng)高的。雖然能夠基本實現(xiàn)平滑起動，但造價較昂貴，而 且高次諧波含量大、技術(shù)相對復(fù)雜，所以應(yīng)用不是很廣范。再將可調(diào)電抗旁路后退出運行，電機起動過程完成。 性能特點 ： 由熱變電阻的原理可以看出： 起動初始電液阻值不可調(diào) 由于兩個導(dǎo)電極板是固定安裝，兩個導(dǎo)電極板的間距固定不變。阻值不易調(diào)整，熱變電阻一旦設(shè)置好就無法調(diào)整 ,而電液阻值是被動地隨主電機電流的變化而因液溫間接變化，而不是主動地改變電液阻值去控制主電機的起動電流。電機起動時間的 長短根本不由熱變電阻決定，依然決定于電動機及負載本身的特性。 總起動過程中溫升明顯，巨大的起動電流必然造成局部液體開鍋現(xiàn)象，產(chǎn)生大量蒸汽，而液阻箱為嚴(yán)密封閉狀態(tài)，類似高壓鍋，因此存在巨大的安全隱患 起動 性能差，因為熱變電阻完全靠溫度調(diào)節(jié)阻值，溫度是人為無法控制的，二次起動時與第一次起動相比其溫度發(fā)生很大變化，起動特性隨之發(fā)生變化，起動電流、起動時間也相應(yīng)出現(xiàn)偏差。從嚴(yán)格意義上講，熱變電阻起動器并不能歸類于軟起動器的行列，因為熱變電阻起動不能實現(xiàn)軟起動 —— 最大限度地限制電動機的起動電流，起動過程平滑無沖擊，起動性能可控可調(diào)。這種起動方式的優(yōu)點是起動電流小，且可按需要調(diào)整，起動電流的限值必須根據(jù)電動機的起動轉(zhuǎn)矩來設(shè)定，如果起動電流ｈ設(shè)置過小，將會使起動失敗甚至是燒毀電機，對電網(wǎng)電壓影響小。目前存在改進的方法是采用雙斜坡起動：輸出電壓先迅速升至 U1， U1 為電動機起動所需的最小轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的電壓值，然后按設(shè)定的速率逐漸升壓，直至達到電機的額定電壓。隨后時間的推移控制器的輸出 U下降到某一個具體的值，該數(shù)值可根據(jù)具體情況設(shè)定 。 電機軟起動的電路設(shè)計 （ 1） 軟起動的原理 軟起動器是一種集軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護于一體的電機控制裝置。這種電路如三相全控橋式整流電路，主電路如圖 21。單片機根據(jù)電路的運行狀態(tài)，通過封鎖晶閘管觸發(fā)脈沖或斷開主電路實現(xiàn)對電機的保 護，過內(nèi)部運算 輸出一定占空比的 PWM 通波，用來控制電機的起動。 電機 電壓檢測 驅(qū)動電路 電流檢測 鍵盤、顯示 計算機控制系統(tǒng) 三相交流電 旁路接觸器 啟動過程 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 10 圖 22 啟動電壓曲線圖 電動機在剛開始起動時，由于其靜摩擦很大，電動機需要較大的初始轉(zhuǎn)矩才能克服靜摩擦力及負載等阻力轉(zhuǎn)矩才能轉(zhuǎn)動起來，所以在電機的起始階段采用脈沖突跳電壓起動。當(dāng)電機克服靜摩擦力起動起來后，讓單片機控制晶閘管的導(dǎo)通角，使加到電機上的電壓隨著電機反電動勢的變化而改變，并保 持一定的壓差，這就是電壓斜坡起動，電機在外加電壓的作用下實現(xiàn)平穩(wěn)起動且起動電流較小。 脈沖突跳電壓 運行狀態(tài) 啟動電壓 加速斜坡 U 100% 0 T 限流控制 第三章 控制系統(tǒng)的硬件電路 11 第三章 控制系統(tǒng)的硬件電路 MCS51單片機 MCS51 系列單片機主要包括 803 8051 和 8751 等通用產(chǎn)品，其主要功能如下： 8 位 CPU 4kbytes 程序 存儲器 (ROM) 128bytes 的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) 32 條 I/O口線 111 條指令，大部分為單字節(jié)指令 21 個專用寄存器 2 個可編程定時 /計數(shù)器 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級 一個全雙工串行通信口 外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為 64kB 外部程序存儲器尋址空間為 64kB 邏輯操作位尋址功能 雙列直插 40PinDIP 封裝 單一 +5V 電源供電 MCS51 以其典型的結(jié)構(gòu)和完善的總線專用寄存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統(tǒng)，堪稱為一代 “ 名機 ” ，為以后的其它單片機的發(fā)展 奠定了基礎(chǔ)。 ATMEL 公司推出的 AT89Cxx 系列兼容 C51 的 單片機，完美地將 Flash(非易失淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 12 閃存技術(shù) )EEPROM 與 80C51 內(nèi)核結(jié)合起來，仍采用 C51 的總體結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，F(xiàn)lash 的可反擦寫程序存儲器能有效地降低開發(fā)費用，并能使單片機作多次重復(fù)使用。 8051 是 MCS51 系列單片機中的代表產(chǎn)品，它內(nèi)部集成了功能強大的中央處理器，包含了硬件乘除法器、 21 個專用控制寄存器、 4kB 的程序存儲器、 128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器、 4組 8位的并行口、兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器、一個全雙工的串行口以及布爾處理器。 由于 MCS51 集成了幾乎完善的 8 位中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機及各種邏輯運算和轉(zhuǎn)移指令，這給應(yīng)用提供了極大的便利。 單片機系統(tǒng)通常需要有 LED 對系統(tǒng)的狀態(tài)進行觀測，而很多工業(yè)控制用單片機如 MCS－ 51 系列本身并無顯示接口部分，需要外接顯示的譯碼驅(qū)動電路。 第三章 控制系統(tǒng)的硬件電路 13 MAX7219 的功能和設(shè)置 MAX7219 芯片為 MAXIM 公司推出的串行輸入／輸出共陰極顯示驅(qū)動器，是用一個芯片實現(xiàn)以往用軟件完成的動態(tài)顯示電路掃描工作的器件。并可方便地進行多個芯片的級聯(lián)，擴展顯示容量。表 2 中 X 可為 16 進制任意值，一般取為 0。掃描限制寄存器控制顯示的位數(shù)。器件上電后所有控制寄存器復(fù)位。數(shù)據(jù)由 DIN 引腳輸入，最先輸入的為最高位，在 CLK的上升沿將數(shù)據(jù)位移入器件內(nèi)的移位寄存器， LOAD 引腳信號的上升沿將最后移入的 16 位數(shù)據(jù)鎖存入相應(yīng)的寄存器中， LOAD 信號的上升沿必須與 CLK 的上升沿同時，或在其后。串行口工作于方式 0時，通過 RXD（ P3． 0）引腳發(fā)送／接收串行數(shù)據(jù)，通過 TXD（ P3． 1）引腳發(fā)送移位時鐘脈沖。 單片機與 MAX7219 的連接 控制系統(tǒng)單片機與 MAX7219 及顯示器件的連接如圖 2 所示。 控制程序設(shè)計 本系統(tǒng)中單片機采用中斷方式對 MAX7219 進行控制，傳送 16 位數(shù)據(jù)的地址位和數(shù)據(jù)位。 單片機串行發(fā)送數(shù)據(jù)的啟動在主程序中進行，每發(fā)送兩個字節(jié)后，在中斷子程序中控制使 MAX7219 的 LOAD 引腳產(chǎn)生正跳變，把數(shù)據(jù)鎖存入 相應(yīng)的寄存器中。在控制電機的系統(tǒng)中電壓和電流無疑是最重要的參數(shù)。在本文研究的電壓軟起控制的設(shè)計中，采用本實驗室的已經(jīng)設(shè)計成熟的電流電壓信號采集電路，該電路經(jīng)過長時間的試驗和應(yīng)用已經(jīng)證明了其穩(wěn)定性和適用性。 三相電壓信號也要變換成 A/D 轉(zhuǎn)換器允許的量程范圍。當(dāng)高壓電網(wǎng)發(fā)生接地故障時，在和端上出現(xiàn)零序電壓，從而起動接地堡裝置或接地故障信號回路。三相電壓檢測電路與三相電流檢測電路類似，如圖 36 所示，電壓傳感器所得信號經(jīng)降壓整流濾波后，分壓得直流信號， OUT2 輸出的信號通過調(diào)理后轉(zhuǎn)化為 A/D 轉(zhuǎn)換器量程范 圍內(nèi)直流電壓。它有三個輸入端和一個三態(tài)輸出端：片選 (CS)、輸入／輸出時鐘 (I/O CLK)、地址輸入（ ADDRESS）和數(shù)據(jù)輸出（ DATAOUT）。系統(tǒng)時鐘由片內(nèi)產(chǎn)生并與 I/O CLK 同步。如圖 所示，設(shè)計中使用光電耦合器 TLP521 對 TLC1543 和單片機之間的線路進行光電隔離，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。為了把控制信號由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成符合觸發(fā)控制模塊需要的模擬電壓信號，設(shè)計了 D/A 轉(zhuǎn)換電路。 本系統(tǒng)中， TLC5615 的數(shù)據(jù)輸入端（ DIN）、始終信號端（ SCLK）分別與 YPC932A1單片機的通用 I/O 接口 PO PO PO7 口相連，分別用利用單片機的 PO PO7口模擬 TLC5615 的時鐘 SCLK 和片選 CS。單片機根據(jù)觸發(fā)角指令的要求，給晶閘管適時發(fā)出觸發(fā)脈沖，從而實現(xiàn)三相交流電機的 PWM 控制。 將以上各種情況歸納為：電動機外部電源斷相和電動機內(nèi)部繞組斷線斷相兩種。 綜上所述，電源斷相或繞組斷線，使電動機單相運行是不利的，所以應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施，對三相異步電動機 進行斷相保護，否則會造成電動機過流過載而燒毀。一般情況下相電流的不對稱會造成線電流的不對稱。檢測三相電壓或熔絲兩端電壓信號來鑒別電動機是否斷相同樣可行但它只能局限于測一相熔絲熔斷等斷相故障而不能兼顧其他類型的斷相故障同樣存在一定的局限性。設(shè)置一固定的短時限是為了避免因電動機啟動時發(fā)生的三相電流不對稱以及線路中偶然出現(xiàn)的瞬間電流不對稱而使保護裝置誤動作。電動機在的負載下運行電動機總損耗只有額定損耗的左右電動機繞組發(fā)熱溫度升高需要一定的時間而且熱量卻可以傳導(dǎo)至其他部位。每隔 1m s 完成一個顯示位的動態(tài)刷新，6ms 完成 6個位的循環(huán)顯示。 圖 43 A/D中斷服務(wù)子程序流程圖 發(fā)脈沖的程序設(shè)計 T1 中斷服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)電機的起動、 停止和故障封鎖晶閘管并顯示等任務(wù)。系統(tǒng)完成初始化后， ROM 中的數(shù)據(jù)調(diào)入 RAM 暫存，用戶可以通過鍵盤修改運行參數(shù)，如果不需要修改運行參數(shù)則程序?qū)凑?ROM 提供的默認(rèn)數(shù)據(jù)工作，流程圖如圖 45。 致 謝 27 致 謝 在論文完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的老師 李瑞年 表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！ 在論文工作中，遇到了 難題 ，一直得到 李老師的親 切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，李 老師以其淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實的工作作風(fēng)和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘。西南交通大學(xué)學(xué)報 。2020 年 S2期 [3]戴茵茵 ?；趩纹瑱C的智能軟起動器研究 。清華大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版 )。2020 年 [5]孫旭東 。東南大學(xué) ?；谀：刂齐姍C軟啟動器的設(shè)計 。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學(xué)表示由衷的感謝 ! 特別感謝我的師兄以及師姐 們 對我的學(xué)習(xí)和生活所提供的大力支持和關(guān)心 !還要感謝一直關(guān)心幫助我成長的室友！ 在我即將完成學(xué)業(yè) 之際，我深深地感謝我的家人給予我的全力支持！ 最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位 老師，專家 ! 參考文獻 28 參考文獻 [1]耿標(biāo) ,解宏基 ,任光 。 （ 2）基于單片機的電機軟起動控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，安裝快捷方便，通過更換部分模塊可以使軟起動控制系統(tǒng)適應(yīng)不同電機的軟起動需求。觸發(fā)脈沖控制子程序流程圖如圖 44。 INT0 中斷服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)對外部故障的處理 ,當(dāng)外部故障發(fā)生時，由信號處理電路送來的故障信號產(chǎn)生負跳變，向 C P U 發(fā)出中斷請求 ,CPU 響應(yīng)中斷并執(zhí)行終端服務(wù)子程序，封鎖晶閘管觸發(fā)脈沖 ， 根據(jù)故障類別輸出相應(yīng)的故障報警代碼。所以有些電子保護線路在設(shè)置有可靠的三相過載保護時就不再設(shè)置斷相保護。表第項中電動機繞組為三角形接法電動機在的負載下運行發(fā)生斷一線線電流并未超過額定值而相電流已超過額定值的。當(dāng)斷相信號超過一定值時也就第三章 控制系統(tǒng)的硬件電路 21 是實際對稱超過容許