【正文】 種起動方式的起動沖擊電流主要在電壓由 0 跳到 U1 時(shí)產(chǎn)生。在起動轉(zhuǎn)矩要求不是很高的場合，可以減小起動電壓整定值 U1 的大小，從而減小起動沖擊電流。 這種起動方法雖然只是通過控制電壓來完成軟起動，但是武 漢 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 12 起動的沖擊電流不大 [5]。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) ： 異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩過載能力為 Mmax /MN ，那么當(dāng)電機(jī)在拖動額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載時(shí)，在不致停轉(zhuǎn)的前提下，假設(shè)電壓為額定電壓的百分比是 X，則 ： N m a xX % = M / M * 1 0 0 % 7 4 .5 %? (11) 當(dāng)電機(jī)驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，且 U %UN 時(shí)，如果電機(jī)仍未能起動，此時(shí)，流過電機(jī)的電流會非常大，因此這種起動方式不適合恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的起動。 脈沖 突跳 式 軟起動 在起動的瞬間加以突跳，使電壓迅速上升，然后即刻回落，讓晶閘管在極短的時(shí)間內(nèi)大角度導(dǎo)通用以克服拖動系統(tǒng)的最大靜摩擦力，然后回落，再按原設(shè)定得知線性上升， 進(jìn)入電壓斜坡起動過程 。與轉(zhuǎn)矩控制起動一樣也是適用于重載起動的場合，所不同的是在起動的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩，克服拖動系統(tǒng)的靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，可縮短起動時(shí)間。但是，突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負(fù)荷，使用時(shí)應(yīng)特別注意 [6][7]。 恒流 式 軟起動 恒流軟起動顧名思義就是異步電動機(jī)的起動過程中限制其起動電流不超過某一設(shè)定值 Im 的軟起動方式 。 通常感應(yīng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率 SN 很小， SN 為 ~，因此若要獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩，必須有較大的起動電流。恒流起動時(shí)，若電流較大，則此時(shí)電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩 Tst 也大，因此電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的時(shí)間就越短，起動也就越迅速。恒流起動方式保 證了一定的起動轉(zhuǎn)矩，同時(shí)防止了電流的沖擊 [1]。 武 漢 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 13 2 軟起動器硬件設(shè)計(jì) 主電路原理設(shè)計(jì) 可 變電抗式 軟起動 方法 利用可變電抗器來隔離高壓和低壓 ， 其研究思路 是 將電抗器的一次線圈與電機(jī)相串接 ， 在電抗器中增加二次線圈 ， 將二次線圈與功率變換及控制器連接 。 通過控制器與功率變換器改變 電抗器二次線圈的電壓或電流 ，從而改變電抗器一次電抗值 ， 進(jìn)而改變交流電機(jī)的輸入電壓 ， 使交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動。 本 設(shè)計(jì)中電壓 為 380V。電機(jī)軟起動系統(tǒng) 主電路 由電機(jī)、功率變換器和電抗器組成，如圖 21 所示。 功 功 功 功 功功 功 功 功 功功 功功 功 功功 功 功 圖 21 主電路框圖 功率變換器原理設(shè)計(jì) 功率變換器主要由 三組獨(dú)立的反并聯(lián)晶閘管組件 構(gòu) 成，如圖 22 所示。 晶閘管在開通與關(guān)斷間變化，因晶閘管與電抗器低壓控制繞組組成了閉合回路，所以低壓側(cè)繞組處于開路與短路狀態(tài)間變化。當(dāng)晶閘管處于關(guān)斷狀態(tài)，可變 電抗器為空載，高壓繞組自身只有很微弱的勵磁電流流過， 當(dāng)晶閘管從關(guān)斷到開通中變化時(shí)， 低壓控制繞組便有二次電流流過 。 武 漢 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 14 功 功 功 功功 功 功 功 功功功功功功C 1R1V 1 V 4C 2R2V 3 V 6C3R3V 2V 5 圖 22 功率變換器 可變電抗 變換 器原理設(shè)計(jì) 如 圖 23 所示為交流可變電抗器原理圖，其特點(diǎn)是在傳統(tǒng)電抗器的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)變換，將傳統(tǒng)電抗器設(shè)計(jì)成可變電抗變換器和電力電子功率變換器兩部分，并構(gòu)成可變電抗器?？勺冸娍蛊鞣衷O(shè)原邊和副邊，原邊主線圈與負(fù)載串 (或并 )接，構(gòu)成交流串 (并 )聯(lián)電路，副邊控制線圈與電力電子功率變換器相連。 可變電抗器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖 24 所示。圖 24 a)是傳統(tǒng)電抗器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這是電抗器的最基本的形式 ； 圖 24 b)為可變電抗變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它由主線圈和控制線圈構(gòu)成 ； 圖 24 c)是基于單相功率變換器的可變電抗器，其原邊與圖24 b)一致，而副邊由單相功率變換器構(gòu)成 ； 圖 24 d)為基于三相功率變換器的可變電抗器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其副邊由三相功率變換器構(gòu)成。由圖 24 可知，當(dāng)主線圈中有電流通過時(shí)，就會在鐵心中產(chǎn)生主磁通，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，此磁通在控制線圈 上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 圖 23 交流可變電抗器原理圖 武 漢 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 15 通過控制功率變換器的導(dǎo)通條件就可以改變控制線圈的電流大小，控制線圈上的電流產(chǎn)生相對主磁通的反向磁通并改變電抗器鐵芯磁阻，從而改變電抗器的電感值。當(dāng)控制線圈上的功率變換器完全導(dǎo)通時(shí)，控制線圈上的電流即達(dá)到最大值，這時(shí)主線圈上的電流同時(shí)達(dá)到最大，使電抗器的一次電抗減?。划?dāng)功率變換器關(guān)斷時(shí)，控制線圈上無電流，主線圈上的電流也降到最小，此時(shí)電抗器的一次電抗增大 ,因此，在一個(gè)電源周期內(nèi)可以通過調(diào)節(jié)功率變換器的導(dǎo)通角來改變電抗器的電抗值 ， 對于 三相電路來說，若將可變電抗器接入電路 ,則可以平滑地調(diào)節(jié)電抗值。 控制電路原理設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)需求，采用 Atmel 的 AT89S52 作為軟起動的微處理器。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 AT89S52 還具有256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止 [9]。 電路中還包括進(jìn)行 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換的模擬量輸入通道 a) b) c) d) 圖 24 可變電抗器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 a)傳統(tǒng)電抗器 b)可變電抗變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 c)基于 單相功率變換器的拓?fù)?結(jié)構(gòu)圖 d)基于三相功率變換器 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 武 漢 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 16 和模擬量輸出通道，以配合微處理器完成數(shù)據(jù)采集和給定信號輸出。 可以 利用8279 來實(shí)現(xiàn)顯示和鍵盤的功能。另外還有一個(gè)控制電路專用的電源，保證控制電路的可靠性。控制電路的框圖如圖 25 所示。 A T 8 9 S 5 2功 功 功 功A / D 功 功D / A 功 功功功功 功 功功 功 功 功功 功 功 功功功功功功 功功 功功 功功 功8 2 7 9圖 25 控制電路框圖 鍵盤和顯示 電路設(shè)計(jì) 8279 是一種功能較強(qiáng)的鍵盤 /顯示接口電路，可直接與 Intel 公司的各個(gè)系列的單片機(jī)接口，可以外接多種規(guī)格的鍵盤和顯示器。圖 26 是 AT89S52 與 8279的一般接口框圖。圖中， 8279 外接 44 鍵盤， 16 位顯示器，由 SL0~SL1 譯出鍵掃描線，由 416 譯碼器對 SL0~SL3 譯出顯示器的位掃描線。 W RR DA T 8 9 S 5 2I R QD0 7WRC SA0C L KS H I F TC N T LB0 3A0 3B DS L0 32 . 4 K88 81 61 64248 2 7 9S L0 142 0 μ F功功功功功功 功功 功1 6 功 功 功 功功 功 功24 功 功 功 4 1 6 功 功 功P 3 . 5P 3 . 6P 1 . 0R E S E TCCV SSA L E1IN T+ 5 V+ 5 V44?03RL ?03SL ? 圖 26 鍵盤和顯示電路 武 漢 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 17 信號 檢測電路設(shè)計(jì) 電流檢測電路 本 文研究的電壓軟起系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓 380V，電機(jī)工作電流 較大 。這些電壓與電流是起動過程的重要參數(shù)，必須將其轉(zhuǎn)換成 A/D 轉(zhuǎn)換器所能接受的量程范圍內(nèi) ，才能將相應(yīng)數(shù)字量送到微處理器，進(jìn)行運(yùn)算和處理。所以設(shè)計(jì)了信號檢測模塊。 圖 27 電流檢測電路 三相電流檢測電路如圖 27 所示。軟起動電流信號取自軟起動器起動回路中，采用三個(gè)相同型號的電流互感器 TA TA TA3，得到三相電流信號，該信號經(jīng)過三相全波整流、濾波和分壓后得到一個(gè)直流信號，經(jīng)過一個(gè)電壓跟隨器，由 AI端接入 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 模擬量輸入端。因 為 ADC0809 量程最大為 5V，所以在輸出端添加了限幅環(huán)節(jié)，以保證 A/D 轉(zhuǎn)換器的安全。 電壓檢測電路 三相電壓信號也要變換成 A/D 轉(zhuǎn)換器允許的量程范圍。電壓的測量采用電壓互感器，它是一次電氣系統(tǒng)與二次電氣系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)互相聯(lián)絡(luò)的重要一次設(shè)備，其主要作用為：供給測量儀表、繼電器等，正確地反映電氣系統(tǒng)的各種運(yùn)行情況；使測量儀表、繼電器等二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)的高電壓隔離，保證工作人員和二次設(shè)備安全；將一次電氣系統(tǒng)的高電壓變換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的低電壓值 (100伏， 100/ 伏， 100/3 伏 )，以利于 儀表和繼電器的標(biāo)準(zhǔn)化。其接線方式有：單臺接線，三臺單相三繞組的接線，兩臺單相按 V/V 接線，還有三相五柱三繞組接線。 在這里，電壓互感器 PT 采用三相五柱三繞組圖 28 輸入端子圖 A 000B 000C 000L 000N 000PT武 漢 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 18 接線方式， 380V 三相電壓經(jīng)該 PT 后輸出五個(gè)端子，如圖 28 所示， A000、 B000、C000 為三相端子， N000 為中性點(diǎn)， L000 為 和端子 ， 當(dāng)高壓電網(wǎng)絕緣正常時(shí)，由于電網(wǎng)中的三相電壓是對稱的，其相量和為零，所以和端上的電壓為零。當(dāng)高壓電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)，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。 圖中， A000 與 N000 之間， B000 與 N000 之間， C000 與 N000 之間均為 100V。 圖 29 電壓檢測電路 在軟起動中，只需將 100V 電壓信號進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)換即可。三相電壓檢測電路與三相電流檢測電路類似，如圖 29 所示 (只畫出 A 相 電路圖 ， B、 C 相類似 )，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，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。 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換電路 單片機(jī)只能識別和處理數(shù)字量，因此信號 檢測 模塊輸出的模擬信號必須經(jīng)過模 /數(shù)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量，才能完成軟起動信號的采集， 所以設(shè)計(jì)中采用 A/D 轉(zhuǎn)換電路完成這一信號轉(zhuǎn)換。 A/D 轉(zhuǎn)換器是 A/D 轉(zhuǎn)換電路的核心，本設(shè)計(jì)中采用的是 8位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809，它 帶 8 個(gè)模擬量輸入通道，芯片內(nèi)帶通道地址譯碼鎖存器，輸出帶三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器，啟動信號為脈沖啟動方式，第一通道轉(zhuǎn)換大約 100μs。 ADC 的 0809 的啟動信號 ST 由片選線 與寫信號 WR 的“或非”產(chǎn)生。這要求一條向 ADC0809 寫操作指令來啟動轉(zhuǎn)換。 ALT 與 ST 相連，即按打入的通道地址按通模擬量并啟動轉(zhuǎn)換。輸出允許信號 OE 由讀信號 RD 與片選 “或非”產(chǎn)生，即一條 ADC0809 的讀操作使數(shù)據(jù)輸出。 A、 B、 C 分別接地址鎖存器提供的低三位地址，只要把三位地址寫入 0809中的地址鎖存器，就實(shí)現(xiàn)了模擬通道選擇。對系統(tǒng)來說，地址鎖存器是一個(gè)輸出口，為了把三位地址寫入，還要提供口地址。圖 210 中使用的是線選法，口地址由 確定，同時(shí)和相或取反后作為開始轉(zhuǎn)換的選通信號。 武 漢 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 19 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的是數(shù)字量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應(yīng)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn) A/D 轉(zhuǎn)換完成， 因?yàn)橹挥写_認(rèn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才能進(jìn)行傳送。為此，可采用下述三種方式。 1)定時(shí)傳送方式 對于一種 A/D 轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如 ， ADC0809 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128μs，相當(dāng)于 6 MHz 的 MCS51 單片機(jī) 的 64 個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序， A/D 轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用這個(gè)延時(shí)子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 2)查詢方式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如 ADC0809 的 EOC