【正文】 息學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 15 第三章 軟啟動 控制系統(tǒng)硬件設計 電機軟啟動系統(tǒng)原理方框圖 基于單片機的電機軟啟動系統(tǒng)原理方框圖如圖 所示。 圖 電機軟啟動系統(tǒng)原理方框圖 Figure motor soft startup system principle charts 硬件設計 該系統(tǒng)的硬件部分主要包括單片機 AT89S51 和 Altera 公司的 CPLD 器件 EPM7128 SLC84— 15為核心器件，輔以外圍電路?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存 RAM 的數據，停止芯片其它功能自至外中斷激活或硬件復位。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為低 8位地址接受。 ALE／ PROG：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時， ALE(地址鎖存允許 )輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，值位無效。當然，新一代 CPLD 和 FPGA 芯片在制造工藝上相互取長補短，二者之問的界限也不是 絕對的了?？紤]到本天津理工中環(huán)信息學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 19 系統(tǒng)所需的 FO口數，以及價格等方面的因素，故選用 Altcra 公司的 MAX 7000 系列器件EPM7128SLC84— 15，封裝為 PLCC． 84針。設計工具選擇 Altera 公司的第三代軟件丌發(fā)環(huán)境 MAX+plus 11，設汁輸入 采用 VHDL 輸入方式。當需要停車時，由控制器發(fā)出停車信號后，反并聯(lián)晶閘管迅速投入工作，真空接觸器斷開。在每一瞬間，在三相交流調壓電路中，至少要有兩個器件導通，它們應處于不同的相，其中至少有一個是流天津理工中環(huán)信息學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 21 向負載端，同時有另一個流向電源。 40C 和規(guī)定的冷卻條件下，帶電阻性負載的單相工頻正弦半波電路中，管子全導通 f導通角不小于 1706)而穩(wěn)定結溫不超過額定值時所允許的最大平均電流。 (1)過電壓保護 凡是超過晶閘管在正常工作時承受的最大峰值電壓 uN 的都算過電壓。在器件側并聯(lián)上 RC 串聯(lián)回路，可顯著減 dxdi／ dt，從而抑制過電壓，同時電阻 R 可限制關斷的晶閘管再次導通時電容 c向晶閘管放電。 INT0外部中斷作為電路外部故障信號的輸入腳。 三相同 步信號采集電路 三相同步信號作為觸發(fā)脈沖計數的起始點，其精確性決定了觸發(fā)脈沖的精確性，本系采用了以光耦為中心的同步電路，由光耦隔離傳輸到次級，形成觸發(fā)電路所需的同步信號。 電流檢測為控制部分提供一個與主電路工作電流大小成比例的取樣值，一是為限電流起動提供反饋信號；二是為過電流保護、缺相保護、過載保護等提供反饋信號；三是用 于運行狀態(tài)的指示。 天津理工中環(huán)信息學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 28 圖 電流檢測電路 Figure current detection circuit A／ D 轉換電路 P2口作為 A／ D采樣輸入口，采樣主電路中的工作電流信號，用于限流控制、過流保護、過載保護。 圖 三相同步信號產生電路 Figure threephase sync signal circuit 脈沖放大整形電路 為保證觸發(fā)電路的工作安全，應使觸發(fā)電路與主電路隔離。當系統(tǒng)正常工作時，輸出低電平，通過與非門后，連接到 CPLD的 EN引腳，釋放脈沖 ； P1． 6與／ WR信號經邏輯運算后接 CPLD的片選信號 ； 圖 單片機控制電路 Figure singlechip microputer control circuit 單片機 通過數據總線向 CPLD觸發(fā)角產生單元送數據信號，觸發(fā)角產生信號根據此值大小控制晶閘管導通角。 (2)過電流保護 快速熔斷器是晶閘管裝置中應用最廣泛的過電流保護措旃，它的熔斷時間在 lOms 以內。針對以上兩種過電壓采用不同的保護措施?！?180。三相調壓起動其實質是降壓起動，與傳統(tǒng)降壓起動不同之處是無機械觸點，起動電壓和起動電流任意可調。這種做法既能保證電機的軟起動／軟停車，又能在電機正常運行使用接觸天津理工中環(huán)信息學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 20 器短接可控硅裝置，從而去除了可控硅裝置的附加能耗，減少散熱器的體積，提高系統(tǒng)運行的可靠性。整個系統(tǒng)主要由三相晶閘管主電路、電壓、電流檢測電路，同步電壓采集電路、單片機控制電路，觸發(fā)脈沖產生電路、脈沖隔離整形電路、人機接口等組成。該型號的芯片主要特征簡單描述如下： (1)系統(tǒng)的時鐘頻率可達 178MHz； (2)采用 CMOS E2PROM 工藝，傳輸延遲僅為 5ns； (3)內部具有豐富的 資源一 128 個觸發(fā)器、 2500 個用戶可編程 I39。 在設計周期上， CPLD 的互連路由結構使得布放設計任務容易進行，軟件編譯比 FPGA 快，延時可預測，而對 FPGA，除了邏輯設計外，還要進行延時設計，而邏輯布局和延時又是相互關聯(lián)的。 圖 單片機的電路連接圖 Figure MCU circuit connection diagram 可編程邏輯器件的選型 目前， CPLD／ FPGA 是兩種常用的可編程邏輯器件，兩者在價格、性能、邏輯規(guī)模和封裝等方面各有千秋，不同的開發(fā)項目，必須作出最佳的選擇。一般情況下， ALE 端以不變的頻率周期輸出固定的脈沖信號，此頻率為其頻率的 1／ 6。對端口 P2 寫 ?1’，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。對端口 PO 寫“ 1“時，可作為高阻抗輸入端用。 單片機的選型 本系統(tǒng)中單片機主要用來作數據處理及讀取按鍵信號和故障信號顯示的功能，所以我們只要考慮它的運算速度、存儲容量以及 I／ O口的數量即可。該晶閘管裝置采用反并聯(lián)方式。 P2口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數據存儲器進行存取時， P2口輸出地址的 高八位。 P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據 /地址的第八位。 單片機的選擇 AT89C51是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的功效，常在產品名稱前冠以形容詞 ——“智能型 ”，如智能型洗衣機等。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱 PC 機。 它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用 PC）的主要區(qū)別。汽車上一般配備 40多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數百臺單片機在同時工作！單片機的數量不 僅遠超過 PC 機和其他計算的總和，甚至比人類的數量還要多。目前，高端的 32 位單片機 主頻 已經超過300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至 1美元，最高端[1]的型號也只有 10 美元。 早期的單片機都是 8 位或 4位的。對電機無沖擊，提高了供電可靠性，平穩(wěn)起動，減少對負載機械的沖擊轉矩，延長機器使用壽命。電子軟啟動器一般都是采用 16位單片機進行智能化控制，他既能保證電動機在負載要求的起動特性下平滑起動，又能降低對電網的沖擊，同時，還能實現直接計算機通訊控制，為自動化智能控制打下良好的基礎。旁路型電路復雜化，系統(tǒng)可靠性降低。 如圖 所示，在停車信號發(fā)出后，軟啟動器輸出電壓從額定電壓 Ue 迅速降到跌落電壓 Usd，再按所設定的時間降到起始電壓 Ui，軟啟動器停止輸出。 圖 限流起動示意圖 Figure current limiting start schemes 指輸出電壓按預先設定的斜坡線性上升，即電壓由小到大斜坡線性上升，它是將傳統(tǒng)的降壓起動從有級 變成了無級。它通過單片機及相應的數字電路控制晶閘管觸發(fā)脈沖的遲早來改變觸發(fā)角的大小，從而改變晶閘管的導通時間，最終改變加到電動機三相繞組的電壓大小。 因此研究 交流 電動機的軟起動器 控制系統(tǒng) ，以此來克服上述電動機起動時的缺點，是很有現實意義和經濟效益的。 天津理工中環(huán)信息學院 2021 屆本科畢業(yè)設計說明書 5 從國外軟啟動器的發(fā)展狀況看，發(fā)達國家的電動機軟起動產品主要是固態(tài)軟起動裝置和兼作軟起動的變頻器。它既能改變電動機的 起動特性保護拖動系統(tǒng)，更能保證電動機可靠起動，又能降低起動沖擊 。如：智能大廈、無人值守泵站、無人值守供熱站、各種遙控調度系統(tǒng)、生產作業(yè)自動化等等。當該軟起動器用于內接時因可控硅模塊上承受的是三角形接法時的相電流，所以相同電流的軟起動器在內接時可以負載比外接時大 倍的電機。待電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網避免了諧波污染。 它與變頻器有 的 區(qū)別 軟啟動器和變頻器是兩種完全不同用途的產品。智能型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新穎電機控制裝置，又稱為 SoftStarter。然而由于其起動時要產生較大沖擊電流 (一般為 Ie 的 58倍 )，同時由于起動應力較大，使負載設備的使用壽命降低。 軟啟動器的簡單介紹 軟啟動顧名思義， 就是不直接啟動，而是慢慢的、一點一點的啟動。 ，影響到其他負載 。軟啟動技術不僅實現在整個起動過程中無沖擊而平滑地起動電動機，而且可根據電動機負載的特性來調節(jié)起動過程中的參數 如限流值、起停時間等，以達到最佳的起停狀態(tài)。 關鍵詞 : 交流電動機 軟啟動原理 單片機 軟啟動程序 晶閘管 Ac motor soft starter control ABSTRACT Threephase asynchronous motor starting current is as high as rated current of 5 ~ 8 times of grid, cause bigger interference, especially in the industrial field, sometimes the overloading of equipment starting may pose a serious threat to security. The traditional stepdown start way, if star triangle starting, self coupling transformer starting etc, or starting current and mechanical shock is too large, or heavy, bulky or loss is big, small, maintenance starting torque rate high, etc., are unsatisfactory. Soft startup technology not only in the whole start process of realizing no impact and smoothly, and can according to starting motor load characteristics to adjust motor starting process of parameters such as the current limit value, starting and stopping time etc, so as to achieve the best of starting and stopping state. We from threephase asynchronous motor, based on the application of introduced control based on single chip microputer control motor soft start, gives the principle based on single chip microputer control motor soft starter design method. Use this method to control the motor soft startup system has control of simple structure, practical strong, etc. Key words： Ac motor Soft start principle Microcontroller Thyristor Soft startup procedures 目 錄 第一章 緒論 ..................