【正文】 由于許多行業(yè)的生產能力越來越大，其生產設備的驅動電機也越來越大，上萬千瓦甚至幾萬千瓦的高壓電動機投入運行的數量呈上升趨勢。據悉，目前也有大于 1OOOOKW 啟動器問世，但尚未見到準確的報導。之所以在國內高壓軟啟動中還有一定的市場份額，是由于國內電機啟動方法的技術和設備都達不到要求，國外產品的價位又很難接受，完全是一種不得已而為之的權宜之計。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，使其在實際應用中也受到限制。這種方法對元器件特性參數的一致性要求很高，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]。另外由于變頻技術還處于發(fā)展時期，其可靠性還不是很高，用戶的維修技術還跟不上，這便是這種方法尚不是應用很多的原因。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，它可以通過調節(jié)其內部的液體壓力來實現(xiàn)機械裝置的軟啟動和調速，但是電機仍是空載全壓啟動，仍然避免不了對電網和電機的損害，只對機械設備有利，目前主要用于要求調速的場合 [4]。二是采用串聯(lián)技術的高壓軟啟動裝置，這種裝置的靠性很低，只有國外少數廠家生產，日前也只見到有幾千KW 規(guī)格的產品報導，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，通過加減按鍵設置軟啟動的時間，并且通過顯示電路顯示設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]。合理利用片內集成 Flash 的單片機可以降低開發(fā)成本，縮短產品的開發(fā)周期。它是市場內高度集成的 8/16 引腳MCU，可用于所有 ~3V 的低壓應用中。分析以上方案：MC68HC908LJ12 單片機內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，汽車電器等領域，但由于本設計已有現(xiàn)成的編譯器無須使用其 FLash 在線編程技術，并且其價格相對較高所以不宜采用該單片機；由于設計要求高性價比，設計低成本，且不需要 QG 系列內部集成的仿真器所以對數字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設計7于本系統(tǒng)來說，他們的大多數功能都沒有使用，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 鍵盤結構因為獨立式按鍵接口電路配置靈活，軟件結構簡單，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 數碼顯示器來顯示各種數值。但我們同時也發(fā)現(xiàn)，由于其數字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設計8功能相對比較強大，將會造成外圍設備與操作過程復雜化，同時價格比較貴。并且 CD4511 占用資源少，不需復雜的驅動電路，價格也適中。DAC0832 為電流型輸出，應用時需外接運算放大器使之成為電壓型輸出，其轉換時間為 1us,工作電壓為+5v+15v 因此在單片機控制中得到了廣泛的應用。DAC0832 串行接口數模轉換器，引腳多，體積大，占用單片機的口線多。數字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設計93 硬件設計 關于 STC12C5410ADSTC12C5410AD 是深圳宏晶科技公司生產的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內含有可反復擦寫的只讀程序存儲器（EEPROM ）和 512bytes 的隨機存取數據存儲器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產品引腳兼容，片內置通用 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雜控制應用場合。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℃ 數字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設計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，經傳導和輻射會污染電磁環(huán)境，會對通信設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。為了保證應用系統(tǒng)可靠的復位，在設計復位電路時，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)上電或開關復位的操作，由于調試的需要，我們設計了開關復位組合電路如圖 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/停止設置，設為啟動/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：串行數據輸入端； 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)時的串行數據輸出端； 引腳 5 AGND：模擬地； 引腳 6 REFIN：基準電壓輸入端；引腳 7 OUT：串行數據輸出端引腳 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據和輸出數據必須滿足兩個條件：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 位數據。在本系統(tǒng)中我們沒有級聯(lián)電路，所以每轉換一次只需傳遞 12 位數字。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位數據格式對其編程,關鍵是要編寫一個12位數據寫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。數字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設計21圖(a) 圖(b)圖 可控硅觸發(fā)板 集成觸發(fā)電路 TMD688A 介紹TMD688A 是新型數模混合三相移相觸發(fā)集成電路，內含完整的缺相、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。設置變量初值設置時間常數和中斷方式開始圖 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。當這兩部分都調試完畢后，再進行單片機調試，首先調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，關于硬件系統(tǒng)的其他部分則需要結合軟件進行調試。 綜合調試調試結果如圖 ，圖 。調試整個系統(tǒng)時，把軟件編出的每一項功能結合相應的硬件進行調試 [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，顯示模塊和數模轉換模塊。該技術是我國目前電動機改造的重要方向和途徑。在設計過程中，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。 數字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設計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 數字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設計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。}數字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設計I