【正文】 由于許多行業(yè)的生產(chǎn)能力越來越大，其生產(chǎn)設(shè)備的驅(qū)動電機也越來越大，上萬千瓦甚至幾萬千瓦的高壓電動機投入運行的數(shù)量呈上升趨勢。據(jù)悉，目前也有大于 1OOOOKW 啟動器問世，但尚未見到準確的報導(dǎo)。之所以在國內(nèi)高壓軟啟動中還有一定的市場份額，是由于國內(nèi)電機啟動方法的技術(shù)和設(shè)備都達不到要求，國外產(chǎn)品的價位又很難接受，完全是一種不得已而為之的權(quán)宜之計。c. 自耦變壓器啟動 該方法能滿足降低啟動電流的要求，啟動轉(zhuǎn)矩較串聯(lián)電抗器啟動大，對中大容量電機的啟動比較適宜，但其調(diào)整方面的問題，諸如滑動觸點電弧燒損問題、碳刷磨損問題、局部匝間短路問題、切換時有大電流沖擊等等，使其在實際應(yīng)用中也受到限制。這種方法對元器件特性參數(shù)的一致性要求很高，元器件的篩選率很低，而且篩選儀器的價格很高，這致使裝置的價格較高 [3]。另外由于變頻技術(shù)還處于發(fā)展時期，其可靠性還不是很高，用戶的維修技術(shù)還跟不上，這便是這種方法尚不是應(yīng)用很多的原因。a. 非電氣方法 該法是在電機和傳動裝置之間加了一個非電氣的中間環(huán)節(jié)，例如液力偶合器，它可以通過調(diào)節(jié)其內(nèi)部的液體壓力來實現(xiàn)機械裝置的軟啟動和調(diào)速，但是電機仍是空載全壓啟動，仍然避免不了對電網(wǎng)和電機的損害，只對機械設(shè)備有利，目前主要用于要求調(diào)速的場合 [4]。二是采用串聯(lián)技術(shù)的高壓軟啟動裝置，這種裝置的靠性很低，只有國外少數(shù)廠家生產(chǎn)，日前也只見到有幾千KW 規(guī)格的產(chǎn)品報導(dǎo)，容量比較小，價格也很貴。為此，提出了以單片機為核心，集控制、觸發(fā)于一體的可控硅控制系統(tǒng)，使其外圍元件少，集成度高，控制精度高，克服了模擬電路的非線性和時間的不精確性 [8]。具體方法是由微處理器控制的雙向可控硅變流調(diào)壓裝置, 通過微電腦控制系統(tǒng), 按給定的程序、指令, 進行有關(guān)計算確定可控硅的觸發(fā)信號 [6]。需要選用一款微處理器作為本系統(tǒng)的主控單元，通過加減按鍵設(shè)置軟啟動的時間，并且通過顯示電路顯示設(shè)置的軟啟動時間和軟啟動的啟動電壓，通過微處理器計算軟啟動輸出控制量，并經(jīng)過片外獨立的 D/A 變換電路輸出模擬量送給三相可控硅觸發(fā)系統(tǒng) [7]。合理利用片內(nèi)集成 Flash 的單片機可以降低開發(fā)成本，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。它是市場內(nèi)高度集成的 8/16 引腳MCU，可用于所有 ~3V 的低壓應(yīng)用中。分析以上方案：MC68HC908LJ12 單片機內(nèi)部集成了多個功能模塊可適用于嵌入式系統(tǒng)，測試，控制及儀器儀表，汽車電器等領(lǐng)域，但由于本設(shè)計已有現(xiàn)成的編譯器無須使用其 FLash 在線編程技術(shù)，并且其價格相對較高所以不宜采用該單片機；由于設(shè)計要求高性價比，設(shè)計低成本，且不需要 QG 系列內(nèi)部集成的仿真器所以對數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計7于本系統(tǒng)來說，他們的大多數(shù)功能都沒有使用，所以最終我們選用低價并高效的STC12C5410AD 系列控制器作為主控制器。方案二：矩陣式鍵盤。 R+5圖 (a) 圖 (b)圖 鍵盤結(jié)構(gòu)因為獨立式按鍵接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，適用于按鍵較少的場合。因為本系統(tǒng)只需要顯示軟啟動的時間和電壓值，所以最終選擇 LED 數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)值。但我們同時也發(fā)現(xiàn)，由于其數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計8功能相對比較強大，將會造成外圍設(shè)備與操作過程復(fù)雜化，同時價格比較貴。并且 CD4511 占用資源少，不需復(fù)雜的驅(qū)動電路，價格也適中。DAC0832 為電流型輸出，應(yīng)用時需外接運算放大器使之成為電壓型輸出，其轉(zhuǎn)換時間為 1us,工作電壓為+5v+15v 因此在單片機控制中得到了廣泛的應(yīng)用。DAC0832 串行接口數(shù)模轉(zhuǎn)換器，引腳多，體積大，占用單片機的口線多。數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計93 硬件設(shè)計 關(guān)于 STC12C5410ADSTC12C5410AD 是深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含有可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EEPROM ）和 512bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（CPU）和FLASH 存儲單元，功能強大 STC12C5410AD 單片機適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。STC12C2052AD 系列只有8 位精度（16）通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12 系列是高速的8051，也可再用定時器軟件實現(xiàn)多串口（17）SPI 同步通信口，主模式/ 從模式（18）工作溫度范圍： 0～75℃ / 40～+85℃ 數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計11（19）封裝：PLCC32, PDIP28，SOP28 ，PDIP20 ，SOP20，TSSOP20(超小 ，)，PLCC32 有27個I/O 口，PDIP28/SOP28 有23 個I/O 口，PDIP20/SOP20/TSSOP20 有15 個I/O 口，I/O 口不夠時，可用74HC595 / 74HC165 串行擴展I/O 口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。穩(wěn)壓電路有兩種方式，即線性穩(wěn)壓和開關(guān)穩(wěn)壓。由于 EMI 信號既占有很寬的頻率范田，又有一定的幅度，經(jīng)傳導(dǎo)和輻射會污染電磁環(huán)境，會對通信設(shè)備和電子儀器造成干擾。此電源電路首先把 220V 交流電用變壓器變換成輸出電壓 11V,輸出電流 15OmA左右的交流電，再通過整流橋進行全波整流得到直流電，此電源給需要 12V 電壓的器件供電，且此直流電壓是線性串聯(lián)穩(wěn)壓器 7805 的輸入。其電路圖如圖 所示。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠的復(fù)位，在設(shè)計復(fù)位電路時，通常使RST 引腳保持 10ms 以上的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復(fù)位鍵 S5 后松開，也能使 RST 為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作，由于調(diào)試的需要，我們設(shè)計了開關(guān)復(fù)位組合電路如圖 所示。圖 鍵盤與單片機接口程序執(zhí)行后工作指示燈 LED 閃動，蜂鳴器連續(xù)發(fā)生三次，表示程序開始執(zhí)行，同時四位七段顯示器開始顯示數(shù)值， ，按下操作鍵 S1S4 動作如下： ? 操作鍵 S1：加一按鍵； ? 操作鍵 S2：減一按鍵； ? 操作鍵 S3：移位按鍵； ? 操作鍵 S4：啟動/停止設(shè)置，設(shè)為啟動/停止是時，蜂鳴器發(fā)聲三次。LE —— 鎖存允許端。如圖 所示是顯示模塊與單片機的接口電路。圖 TLC5615 引腳排列圖引腳功能說明如下： 引腳 1 DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端； 引腳 2 SCLK：串行時鐘輸入端； 引腳 3 CS：芯片選用通端，低電平有效； 引腳 4 DOUT：用于級聯(lián)時的串行數(shù)據(jù)輸出端； 引腳 5 AGND：模擬地； 引腳 6 REFIN：基準電壓輸入端；引腳 7 OUT：串行數(shù)據(jù)輸出端引腳 8 VDD：電源接口 TLC5615 的時序分析TLC5615 的工作時序如圖 所示。由此要想串行輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)必須滿足兩個條件：第一，時鐘 SCLK 有效跳變；第二，片選 CS 為低電平。如不使用級聯(lián)方式，DIN 只需輸入 12 位數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中我們沒有級聯(lián)電路，所以每轉(zhuǎn)換一次只需傳遞 12 位數(shù)字。P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2D I NS C L KC SS T C 1 2 C 5 4 1 0 A D T L C 5 6 1 5圖 TLC5615 與 STC12C5410AD 單片機接口 TLC5615 接口電路的軟件編程：選12位數(shù)據(jù)格式對其編程,關(guān)鍵是要編寫一個12位數(shù)據(jù)寫TLC5615的子程序。在SCLK = 0時,CS變低MOV A ,R1 。傳送低4位SETB 。暫存于R4 中MOV A , R3DEC AMOV R3 ,A 。使用TL431 給 TLC5615 提供 的基準電壓，接口電路如圖 。 LS1buzer2EDKRTC540A+圖 蜂鳴器、指示燈與單片機接口電路 配置硬件根據(jù)本系統(tǒng)的要求，最后連接各個功能模塊完成了單片機主控單元的電路原理圖(見附錄 A) 和原理圖的 PCB 板(見附錄 B)，準備好全部器件，然后將各個芯片、器件都焊接到 PCB 板上完成硬件連接。數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計21圖(a) 圖(b)圖 可控硅觸發(fā)板 集成觸發(fā)電路 TMD688A 介紹TMD688A 是新型數(shù)?；旌先嘁葡嘤|發(fā)集成電路，內(nèi)含完整的缺相、過流、過熱等故障保護功能；具有高精度、功能完善、使用簡單可靠、易調(diào)試、抗干擾性強、體積微小、保護電路完整等優(yōu)點；采用先進的硅柵 CMOS 工藝制造，封裝形式為 SOP28，單 5V 電源供電。 控制電路與可控硅觸發(fā)系統(tǒng)接口設(shè)計完成的單片機主控電路就可以與可控硅連接在一起進行調(diào)試了，它們的接口框圖如圖 所示 [14]。系統(tǒng)軟件可按照軟啟動的工作流程進行編寫。設(shè)置變量初值設(shè)置時間常數(shù)和中斷方式開始圖 初始化程序流程圖 加“1”子程序程序開始時，通過 SS2 鍵來設(shè)置啟動電壓值和軟啟動的過程，加 “1”過程通過兩個子程序來實現(xiàn)，流程框圖如圖 。程序框圖如 所示。當這兩部分都調(diào)試完畢后，再進行單片機調(diào)試，首先調(diào)試單片機的晶振電路，看晶振電路能否正常起振，如果能正常起振，則整個硬件的單片機部分沒有問題，關(guān)于硬件系統(tǒng)的其他部分則需要結(jié)合軟件進行調(diào)試。 綜合調(diào)試調(diào)試結(jié)果如圖 ，圖 。調(diào)試整個系統(tǒng)時，把軟件編出的每一項功能結(jié)合相應(yīng)的硬件進行調(diào)試 [19]。此外，通過修改軟件編程，此單片機主控系統(tǒng)還可實現(xiàn)軟停車，可輸出三角波、矩形波、SPWM 波形等多種波形，適用于多種場合。硬件部分主要包括按鍵模塊，顯示模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。該技術(shù)是我國目前電動機改造的重要方向和途徑。在設(shè)計過程中，還得到了研究所馮暉博士和吳杰博士的細心指導(dǎo)和大力幫助，在此一并表示衷心的感謝。sbit P2_4=P2^4。sbit P2_0=P2^0。sbit P1_5=P1^5。extern void Display(unsigned char)。extern int Add(void)。extern void Choose( )。 a0=0。 Count=0。 while(1){ //按鍵掃描 if(K1==1) {Add( )。break。 c3=4194304(c2*1000000)。 TMOD=0x10。P1_7=0。 case 1: P1_6=0。 break。P2_1=0。P2_0=1。P1_7=1。 case 5: P1_6=0。 break。P2_1=0。P2_0=1。P1_7=0。 case 9: P1_6=1。 數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計39break。}void SubOne(unsigned char y){ y=y1。 if(z4) z=1。P2_6=1。P1_3=1。P1_4=1。 case 4: P1_5=1。 break。} if(P1_3==0) {AddOne(a2)。} if(P1_3==0) {SubOne(a2)。 ET1=1。 TR0=0。}void Choose( ){ unsigned char c=0。break。 }}void Timer0(void) interrupt 1 using 1{ Count=Count+1。 }else 數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計40{a3=a31。 Display(a2)。 Display(a3)。 TH0=0x0ec。 EA=1。CLR 。 BB:RLC A MOV ,CNOPNOPSETB NOPNOPCLR DJNZ R3,BBSETB CLR CLR POP APOP R3POP R2POP R1 pragma endasm}void Timer1(void) interrupt 1 using 1{ unsigned int j=0。}數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計I