【正文】 種起動方式的起動沖擊電流主要在電壓由 0 跳到 U1 時產(chǎn)生。在起動轉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 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 12 起動的沖擊電流不大 [5]。 根據(jù)國家標準 ： 異步電機轉矩過載能力為 Mmax /MN ，那么當電機在拖動額定轉矩的負載時，在不致停轉的前提下，假設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) 當電機驅動恒轉矩負載，且 U %UN 時，如果電機仍未能起動，此時，流過電機的電流會非常大，因此這種起動方式不適合恒轉矩負載的起動。 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間內大角度導通用以克服拖動系統(tǒng)的最大靜摩擦力，然后回落，再按原設定得知線性上升， 進入電壓斜坡起動過程 。與轉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矩，克服拖動系統(tǒng)的靜轉矩，然后轉矩平滑上升，可縮短起動時間。但是，突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負荷，使用時應特別注意 [6][7]。 恒流 式 軟起動 恒流軟起動顧名思義就是異步電動機的起動過程中限制其起動電流不超過某一設定值 Im 的軟起動方式 。 通常感應電機的額定轉差率 SN 很小， SN 為 ~，因此若要獲得較大的起動轉矩，必須有較大的起動電流。恒流起動時，若電流較大，則此時電機的起動轉矩 Tst 也大，因此電機達到穩(wěn)定轉速的時間就越短，起動也就越迅速。恒流起動方式保 證了一定的起動轉矩，同時防止了電流的沖擊 [1]。 武 漢 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 13 2 軟起動器硬件設計 主電路原理設計 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 ， 進而改變交流電機的輸入電壓 ， 使交流電機實現(xiàn)軟起動。 本 設計中電壓 為 380V。電機軟起動系統(tǒng) 主電路 由電機、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 功率變換器原理設計 功率變換器主要由 三組獨立的反并聯(lián)晶閘管組件 構 成，如圖 22 所示。 晶閘管在開通與關斷間變化，因晶閘管與電抗器低壓控制繞組組成了閉合回路，所以低壓側繞組處于開路與短路狀態(tài)間變化。當晶閘管處于關斷狀態(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， 當晶閘管從關斷到開通中變化時， 低壓控制繞組便有二次電流流過 。 武 漢 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 （ 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 器原理設計 如 圖 23 所示為交流可變電抗器原理圖，其特點是在傳統(tǒng)電抗器的基礎上進行結構變換，將傳統(tǒng)電抗器設計成可變電抗變換器和電力電子功率變換器兩部分，并構成可變電抗器?？勺冸娍蛊鞣衷O原邊和副邊，原邊主線圈與負載串 (或并 )接，構成交流串 (并 )聯(lián)電路，副邊控制線圈與電力電子功率變換器相連。 可變電抗器的拓撲結構圖如圖 24 所示。圖 24 a)是傳統(tǒng)電抗器的拓撲結構，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撲結構，它由主線圈和控制線圈構成 ； 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成 ； 圖 24 d)為基于三相功率變換器的可變電抗器拓撲結構，其副邊由三相功率變換器構成。由圖 24 可知，當主線圈中有電流通過時，就會在鐵心中產(chǎn)生主磁通，根據(jù)電磁感應原理，此磁通在控制線圈 上產(chǎn)生感應電動勢。 圖 23 交流可變電抗器原理圖 武 漢 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 15 通過控制功率變換器的導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。當控制線圈上的功率變換器完全導通時，控制線圈上的電流即達到最大值，這時主線圈上的電流同時達到最大，使電抗器的一次電抗減小；當功率變換器關斷時，控制線圈上無電流，主線圈上的電流也降到最小，此時電抗器的一次電抗增大 ,因此，在一個電源周期內可以通過調節(jié)功率變換器的導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 ,則可以平滑地調節(jié)電抗值。 控制電路原理設計 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，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。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、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止 [9]。 電路中還包括進行 A/D 和 D/A 轉換的模擬量輸入通道 a) b) c) d) 圖 24 可變電抗器拓撲結構圖 a)傳統(tǒng)電抗器 b)可變電抗變換器拓撲結構圖 c)基于 單相功率變換器的拓撲 結構圖 d)基于三相功率變換器 的拓撲結構圖 武 漢 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 （ 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 來實現(xiàn)顯示和鍵盤的功能。另外還有一個控制電路專用的電源，保證控制電路的可靠性?？刂齐娐返目驁D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 電路設計 8279 是一種功能較強的鍵盤 /顯示接口電路，可直接與 Intel 公司的各個系列的單片機接口，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 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 17 信號 檢測電路設計 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)，必須將其轉換成 A/D 轉換器所能接受的量程范圍內 ，才能將相應數(shù)字量送到微處理器，進行運算和處理。所以設計了信號檢測模塊。 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直流信號，經(jīng)過一個電壓跟隨器，由 AI端接入 A/D 轉換器 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)之間實現(xiàn)互相聯(lián)絡的重要一次設備，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備安全；將一次電氣系統(tǒng)的高電壓變換為統(tǒng)一標準的低電壓值 (100伏， 100/ 伏， 100/3 伏 )，以利于 儀表和繼電器的標準化。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 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 18 接線方式， 380V 三相電壓經(jīng)該 PT 后輸出五個端子，如圖 28 所示， A000、 B000、C000 為三相端子， N000 為中性點， L000 為 和端子 ， 當高壓電網(wǎng)絕緣正常時，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。當高壓電網(wǎng)發(fā)生接地故障時，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 電壓信號進行進一步轉換即可。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，通過調理后轉化為 A/D轉換器量程范圍內直流電壓。 A/D 和 D/A 轉換電路設計 A/D 轉換電路 單片機只能識別和處理數(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)轉換成為數(shù)字量，才能完成軟起動信號的采集， 所以設計中采用 A/D 轉換電路完成這一信號轉換。 A/D 轉換器是 A/D 轉換電路的核心，本設計中采用的是 8位逐次逼近型 A/D 轉換器 ADC0809，它 帶 8 個模擬量輸入通道，芯片內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換。 ALT 與 ST 相連，即按打入的通道地址按通模擬量并啟動轉換。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，就實現(xiàn)了模擬通道選擇。對系統(tǒng)來說，地址鎖存器是一個輸出口，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，同時和相或取反后作為開始轉換的選通信號。 武 漢 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 19 A/D 轉換后得到的是數(shù)字量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)應傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關鍵問題是如何確認 A/D 轉換完成， 因為只有確認數(shù)據(jù)轉換完成后，才能進行傳送。為此，可采用下述三種方式。 1)定時傳送方式 對于一種 A/D 轉換器來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如 ， ADC0809 轉換時間為 128μs，相當于 6 MHz 的 MCS51 單片機 的 64 個機器周期。可據(jù)此設計一個延時子程序， A/D 轉換啟動后即調用這個延時子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。 2)查詢方式 A/D 轉換芯片有表明轉換完成的狀態(tài)信號，例如 ADC0809 的 EOC