【正文】 SETB C SUBB A,55H JC NO_ADJ ；延遲角小于 60176。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(dǎo)，導(dǎo)師總是以認(rèn)真負(fù)責(zé)、一絲不茍的工作態(tài)度閱讀并修改文章中不足的地方，他優(yōu)良的作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)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！ 同時(shí)我要感謝我的同學(xué)，特別是我的室友們，正是他們?cè)谶@幾年里陪我一起成長(zhǎng)，一起學(xué)習(xí)，才讓我有了今天的成績(jī)。其主程序如下圖 所示系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)： 圖 主程序流程圖 觸發(fā)脈沖控制的軟件設(shè)計(jì) 由單片機(jī)產(chǎn)生所需的晶閘管移向觸發(fā)脈沖，必須包括 同步電壓檢測(cè)環(huán)節(jié)、移相延遲角定時(shí)環(huán)節(jié)、觸發(fā)脈沖時(shí)序分配環(huán)節(jié)等部分，它與模擬電路實(shí)現(xiàn)的方法是類似的。電流反饋信號(hào)檢測(cè)電路如圖 所示 。單片機(jī) AT89C51 與 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 的接口電路如圖所示： 圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路 電壓反饋回路 電壓反饋回路如圖 所示。軟件實(shí)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(yán)格的比例關(guān)系，在工頻周期內(nèi)進(jìn)行累加求積分而濾除交流成分。脈沖變壓器一方面?zhèn)鬟f脈沖，另一方面對(duì)弱電和強(qiáng)電起隔離作用，脈沖變壓器具有比光耦更大的驅(qū)動(dòng)能力。 圖 同步信號(hào)電路圖 晶閘管驅(qū)動(dòng)電路 在本設(shè)計(jì)中，脈沖的同步由前面的同步信號(hào)電路產(chǎn)生，而脈沖的移相、形成和輸出是由 AT89C51 單片機(jī)完成的。本系統(tǒng)中，為減少外圍電路和簡(jiǎn)單化，使用的是相對(duì)觸發(fā)方式。在起動(dòng)過程中，電流檢測(cè)裝置檢測(cè)三相定子電流并送入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和判斷，當(dāng)起動(dòng)電流超過設(shè)定值時(shí)， 軟件控制升壓停止，直到起動(dòng)電流下降到低于設(shè)定值時(shí)，才使電機(jī)繼續(xù)升壓起動(dòng)；若三相起動(dòng)電流不平衡并超過規(guī)定范圍，則停止起動(dòng)。設(shè) 2 siniU U wt? 。諧波在異步電機(jī)中會(huì)引起附加損耗，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等不良影響。而若使晶閘管關(guān)斷，必須除掉陽 極所加的正向電壓，或者給陽極施加反向電壓，或者設(shè)法流過晶閘管的電流降低到接近于零的某一數(shù)值下，晶閘管才關(guān)斷。轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)如圖 所示。這種起動(dòng)方式的特點(diǎn)是起動(dòng)電流相對(duì)較 大，但起動(dòng)時(shí)間相對(duì)較短，適用于重載起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。其缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間，損失起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器是運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟起動(dòng)器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至起動(dòng)結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓，即為軟起動(dòng)，在軟起動(dòng)過程中，電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。 圖 定子串電阻原理圖 啟動(dòng)時(shí)，先閉合開關(guān) K K2，讓電機(jī)定子串入電阻，降低起動(dòng)電流。 自耦變壓器啟動(dòng)器又稱啟動(dòng)補(bǔ)償器，一般備有 2～ 3 抽頭，可按供電系統(tǒng)的容量、起動(dòng)電流和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的要求來合理選擇。 第二章 異步電機(jī)啟動(dòng)方式及其原理 全壓直接起動(dòng) 全壓直接起動(dòng)是利用開關(guān)或接觸器把電機(jī)直接投入電網(wǎng)。電力 半導(dǎo)體開關(guān)器件具有無磨損、壽命長(zhǎng)、功耗小等特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)代控制理論及微機(jī)控制技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟起動(dòng)提供了全新的思路。國內(nèi)全數(shù)字晶閘管軟啟動(dòng)產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)品均是對(duì)國外產(chǎn)品一定程度的仿制，而且多為低壓產(chǎn)品，自己研制生產(chǎn)的高壓軟啟動(dòng)裝置基本上處于起步階段。國外軟啟動(dòng)的產(chǎn)品主要是固態(tài)軟啟動(dòng)裝置，即晶閘管軟啟動(dòng)和兼做軟啟動(dòng)的變頻器。停機(jī)時(shí)幾種起動(dòng)方法都是 瞬間停電，也將會(huì)造成劇烈的電網(wǎng)電壓波動(dòng)和機(jī)械沖擊。 本課題是基于 AT89C51 單片機(jī)為主控制核心，采用 AT89C51 單片機(jī)控制的晶閘管交流 調(diào)壓方式，對(duì)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)器硬件和軟件設(shè)計(jì)。通過控制電機(jī)的電流．使電機(jī)緩慢、平滑的加速，避免大電流對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊，提高電網(wǎng)的工作效率和減少起動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)的沖擊損傷，從而達(dá)到節(jié)能、保護(hù)設(shè)備的作用。因此急需一種可以改善啟動(dòng)過程的設(shè)計(jì)來達(dá)到優(yōu)化的作用。在生產(chǎn)工藝有 調(diào)速需求時(shí)，采用變頻裝置，無調(diào)速要求的場(chǎng)合，輕載啟動(dòng)采用晶閘管軟啟動(dòng)，負(fù)載功率比較大或重載啟動(dòng)的場(chǎng)合采用變頻軟啟動(dòng)，晶閘管軟啟動(dòng)裝置是發(fā)達(dá)國家的主流產(chǎn)品。目前生產(chǎn)電機(jī)起動(dòng)器的廠家很多，先后也推出了多種品牌的軟起動(dòng)器。要突破傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式，是離不開電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展的。直接起動(dòng)最為簡(jiǎn)單，當(dāng)電網(wǎng)有足夠的容量，應(yīng)盡可能采用此方法。 星型 三角形（ Y△）起動(dòng) 星型 三角形（ Y△ ）起動(dòng)接線原理如圖 所示，對(duì)于定子繞組正常運(yùn)行時(shí)按三角形接法的三相異步電機(jī)，起動(dòng)時(shí)將定子繞 組結(jié)成星形，待轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速后，迅速接成三角形接法。待到電機(jī)起動(dòng)完后，切斷 K2，閉合 K3，使電阻短路，電機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài) 。當(dāng)然減小異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)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(shí)現(xiàn)。該方法應(yīng)用較多，適用于風(fēng)機(jī)，泵類負(fù)載。 圖 電壓斜坡起動(dòng) 轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng) 主要用于重載起動(dòng)，如圖 所示。 圖 轉(zhuǎn)矩突跳起動(dòng)波形圖 晶閘管簡(jiǎn)介及其調(diào)壓原理 晶閘管的結(jié)構(gòu) 晶閘管內(nèi)部是 PNPN 四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，分別命名為 P N P N2四個(gè)區(qū)。所以，對(duì)晶閘管的驅(qū)動(dòng)過程更多的是稱為觸發(fā)，產(chǎn)生注入門極的觸發(fā)電流 IG 的電路稱為門極觸發(fā)電路。此外，由于異步電機(jī)是感性負(fù)載，從電力電子學(xué)中可以知道，當(dāng)晶閘管交流調(diào)壓回路帶有感性負(fù)載時(shí)，只有當(dāng)移相角大于負(fù)載的功率因數(shù)角時(shí)，才能起到調(diào)壓的作用。 圖 晶閘管單相調(diào)壓電路 圖 晶閘管輸出電壓波形 圖 為一路晶閘管輸出波形示意圖。由電機(jī)理論可知，當(dāng)電機(jī)的輸入電源頻率不變時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與輸入電壓的平方成正比。 下圖是一種簡(jiǎn)單 的單相同步信號(hào)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(hào)，方波信號(hào)送入 AT89C51 單片機(jī)的 引腳正跳變產(chǎn)生外部中斷。其驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示，由單片機(jī) 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。 R D1 起續(xù)流作用 ，防止脈沖變壓器飽和，D D R5起整形作用。其電流檢測(cè)原理電路圖如下。下面的電路可以得到與晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)刻相匹配的工頻 50Hz 的矩形波。 圖 電流檢測(cè)回路 過電流保護(hù)電路 一個(gè)優(yōu)秀的過流保護(hù)環(huán)節(jié)應(yīng)該是既能對(duì)過流反應(yīng)迅速，又能夠準(zhǔn)確動(dòng)作。同步檢測(cè)信號(hào)在發(fā)生正跳變時(shí)，經(jīng)反相以終端的形式向 CPU 的 INT0 提供同步指令。他們?cè)谄綍r(shí)的學(xué)習(xí)和生活中他們給予了我無私的關(guān)懷和幫助，在此表示我最誠摯的謝意。角的定時(shí)計(jì)數(shù)值高 8 位單元 INTERVL EQU 39H ；保存 60176。而由于MCS51 單片機(jī)在 CPU 上電復(fù)位期間，所有輸出為高電平，為避免復(fù)位期間所有晶閘管存在驅(qū)動(dòng)信號(hào)，應(yīng)采用低電平為有效觸發(fā)信號(hào)。過流保護(hù)的信號(hào)取自電流反饋回路，整流、濾波電路與電流反饋電路相同。 6N139 是一塊高速達(dá)林頓 光耦，既保證高壓側(cè)與單片機(jī)低壓部分的隔離，又能快速反應(yīng)出晶閘管導(dǎo)通 /截止的時(shí)刻。其中 D D2兩個(gè)二極管起過載保護(hù)作用，串聯(lián)電路 R4可起到限流作用，因模擬信號(hào)源內(nèi)阻過大會(huì)降低 A/D 轉(zhuǎn)換精度，所以并聯(lián)的電容 C 可起到誤差補(bǔ)償作用。管壓降取自反并聯(lián)的兩只晶閘管的陰極 K1和 K2這兩點(diǎn)也正好是控制部分觸發(fā)脈沖線的陰極線，可以直接檢測(cè)。考慮到觸發(fā)信號(hào)的電壓隔離問題，采用了絕緣強(qiáng)度高、隔離效果好的脈沖變壓器。 D D2的作用是 限幅比較器的差模輸入信號(hào)以保護(hù)比較器。其系統(tǒng)的控制模塊框圖下圖所示： 圖 系統(tǒng)控制模塊結(jié)構(gòu)框圖 軟啟動(dòng)控制電路電路設(shè)計(jì) 同步信號(hào)電路 軟起動(dòng)器必須在一個(gè)電壓周期內(nèi)控制可控硅的導(dǎo)通角，即通過確定電壓波形的過零點(diǎn)，延時(shí)一段時(shí)間后輸出觸發(fā)信號(hào)來控制其導(dǎo)通角。晶閘管正負(fù)半周的觸發(fā)是對(duì)稱的，晶閘管的輸出電壓有效值 UL： ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?2201 2 si n 2 si n11 si n 2 si n 2 , ,2LU U w t d w t U w t d w tU f U????? ? ? ? ? ? ??????????? ? ? ? ? ??? 可見， UL 是晶閘管控制角 ? 、功率因數(shù)角 ? 及供電電壓 U 的函數(shù)。其情況與 0a??時(shí)一樣，相控不起任何調(diào)壓作用，甚至在晶閘管觸發(fā)脈沖不夠?qū)挼那闆r下，出現(xiàn)只有一個(gè)方向上的晶閘管工作，負(fù)載上出現(xiàn)直流分量，對(duì)晶閘管造成危害。 圖 晶閘管工作原理圖 晶閘管的調(diào)壓原理 晶閘管的控制方式有兩種：一是相位控制，即通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來調(diào)壓；二是周波控制，即把晶閘管作為靜止接觸器，交替的接通與切斷幾個(gè)周波的電源電壓 ，用改變接通時(shí)間與切斷時(shí)間之比來控制輸出電壓的有效值，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。四個(gè)區(qū)形成 J J J3三個(gè) PN 結(jié)。其優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)平滑、柔性好、對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有利，同時(shí)減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，使最優(yōu)的重載起動(dòng)方式。它的缺點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且轉(zhuǎn)矩特性呈拋物線型上升對(duì)起動(dòng)不利，起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)不利。其中鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)因轉(zhuǎn)子回路無法外接附加電阻，考慮到運(yùn)行效率，也不宜設(shè)計(jì)成有較大的轉(zhuǎn)子電阻，所以對(duì)于不需要很大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的機(jī)械負(fù)載，可用降壓起動(dòng)方法。 軟啟動(dòng)器的基本原理 軟啟動(dòng) 軟起動(dòng)器是一種用來控制交流異步電動(dòng)機(jī)的新設(shè)備，它是集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國外稱為 Soft Starter。如用三角形連接直接起動(dòng)，電網(wǎng)供給的電線流為： 3st UI Z? ? 如用星形連接起動(dòng)，每相繞組的相電壓為3U,經(jīng)過每相繞組的電流等于電網(wǎng)供給電機(jī)的起動(dòng)電流，即： 3Yst UI Z? 13YststII? ? 由此可見，應(yīng)用星形 三角形換接開關(guān)起動(dòng)時(shí)，由電網(wǎng)供給的 起動(dòng)電流可減少到 13 ，同時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減少到 13 。對(duì)