【正文】 根據(jù)軟啟動器設計的要求，控制系統(tǒng)的資源分配如下：控制鍵的鍵盤輸入信號，通過鍵盤操作，完成啟動參數(shù)的設置、電動機起?？刂?、默認參數(shù)的保存、外部故障的查詢和處理等，LED 顯示由 PB 口和 PC 口組成，其中PB0~PB6 作為 LED 的段碼輸出信號， PC0~PC5 作為 LED 位碼選擇信號，顯示部分由4 位 LED 數(shù)碼管和二級管組成，作為啟動參數(shù)設定、運行監(jiān)控。該芯片有 8KB FLASH 程序存儲器、512BSRAM、 8 通道 A/D 轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部發(fā)生器等組成。信號處理電路負責主電路的電壓和電流信號的處理，并將處理后的電流送單片機進行 A/D 轉(zhuǎn)換，同時該電路監(jiān)視三相電流的不平衡情況，實現(xiàn)三相不平衡保護和短相保護，通過對三相電源電壓的監(jiān)視，實現(xiàn)對過電壓和欠電壓的保護；通過安裝在散熱器的熱敏開關，也能實現(xiàn)晶閘管的過熱保護，各種保護信號經(jīng)過邏輯與后， 送到單片機的外部中斷請求輸入腳，作為外部故障信號處理；單片機控制系統(tǒng)主要負責參數(shù)設置與修改、電動機起訂過程的控制和觸發(fā)角的計算、運行狀態(tài)的監(jiān)視、故障的保護與處理等功能 [10]。軟起動器各部分電路的協(xié)調(diào)工作需要軟件的配合，因此軟件設計的好壞直接影響到系統(tǒng)能否正常運行、能否滿足系統(tǒng)的設計功能要求。在需要軟停車時，再把軟起動器裝置接入到電機回路中，完成軟停車的功能。 鍵 盤 操 作控 制 器電 流 電壓 檢 測L E D顯 示同 步 電 路控 制 系 統(tǒng)狀 態(tài) 輸 出晶 閘 管 驅(qū) 動圖 41 軟啟動系統(tǒng)原理圖本軟起動器的設計主要包括主回路、控制回路和驅(qū)動保護回路。++ 5+ 5R 8 3R 8 4R 8 9R 9 0R 9 2R 9 3R 9 1T A 1T A 2T A 3圖 315 過電流檢測電路 4 基于單片機的軟起動器的設計本課題設計的軟起動器是以單片機為控制芯片的三組反并聯(lián)晶閘管調(diào)壓電路成的。對過電流值的設定，一般選擇大小為 倍的額定電流，這是因為一般的限流起動時，選擇的最大限流幅度為 5 倍，因此要留出一定的余量來保證正常起動時不至于切斷電路。過流保護的信號取自電流反饋回路，整流、濾波電路與電流反饋電路相同。一個優(yōu)秀的過流保護環(huán)節(jié)應該是既能對過流反應迅速，又能夠準確動作。 +R 8 4R 8 3R 8 5RST+ 5R 8 8D 1 1D 1 2U 1 5圖 314 電流檢測電路 過電流保護電路除了電流反饋信號檢測回路外，電流檢測回路還包括了過流保護。電流反饋信號檢測電路如圖314 所示。 電流反饋回路電流反饋信號取自電機的定子側(cè)，采樣器件為霍爾元件，采樣后得到三相電流信號，將此電流信號經(jīng)過精密電阻得到相應的電壓信號。+++ 5+ 5+ 5+ 5R 7 1R 7 2R 7 3R 7 4R 7 6R 7 7R 7 8R 7 9R 8 0R 8 1R 8 2R 7 5RST圖 313 電壓過／欠保護電路 電流檢測回路電流檢測回路包括了電流反饋回路和保護回路兩方面。另有一個缺點，本系統(tǒng)中由于單片機的外部中斷口僅有兩個，故過壓和欠壓都接到同一個外部中斷口。過壓和欠壓比較器先設定一個適當?shù)闹?該值由過壓值 420V 和欠壓值 340V 轉(zhuǎn)換得來)，當采樣到的電壓一旦超過過壓值或者低于欠壓值時，馬上產(chǎn)生一個下降沿的中斷送到輔助單片機)中的外部中斷口 P3．2，迅速產(chǎn)生中斷使得程序立即封鎖晶閘管輸出脈沖，并發(fā)出過壓或欠壓報警信號。在實際工作中，當輸入電壓超過 420V(即 l．1 倍額定電壓)時則認是過電壓，起動過電壓保護；而當輸入電壓低于 340V(即 0．9 倍額定電壓)時則認為是欠電壓，起動欠電壓保護 [11]。R 3 0整流 橋B R 123+ 1 5+ 1 5R 2 9R 2 8R 2 7U 3 6 N 1 3 9圖 312 電壓反饋回路 電壓過／欠保護電路當電機經(jīng)常處于過壓運行時，鐵損增加，效率降低。通過計算單片機 I/O 口的高低維持時間，我們就可以計算出晶閘管的導通角，作為輸出電壓反饋，同時可以檢測出電壓是否缺相，并發(fā)出報警信息，及時通知操作人員出現(xiàn)故障的某一相電源。簡單介紹一下電路構(gòu)成：U 為三相電源的一個輸入端(即一組晶閘管輸入側(cè)) ，R 是與之相應的電機輸入端(即相應晶閘管輸出側(cè))。 電壓反饋回路電壓反饋回路如圖 312 所示。設置電路 I 接入單片機的 P3．2 引腳在信號每次跳變時都產(chǎn)生中斷，并在每次跳變中斷時記錄下電路 II接入單片機的 P3．3 引腳的狀態(tài)，通過兩次對比 P3．2 引腳的電平情況，從而判斷出所連入電路中三相電源的相序，為下一步產(chǎn)生正確的脈沖觸發(fā)信號序列奠定基礎。 我們假設電路 I 接的是電源的 U、V 相，而電路 II 接的是 V、W 相，這樣在三相電源正常工作時，當 UV 線電壓發(fā)生正跳變(即從負半波轉(zhuǎn)為正半波)時，VW 線電壓為負，那么電路 II 送入 CPU 的信號就為低電平；當 UV 線電壓發(fā)生負跳變時，VW 線電壓為正，那么電路 II 送入 CPU 的信號是高電平(如果電路 II 接的是 W、V 相，那么兩次送入 CPU 的信號高低電平情況就相反)。簡要介紹一下工作原理。這個電路的優(yōu)點在于：一方面，在起動未開始或是開始瞬間，這個電路就可以檢測到器件電壓零點；另外，由于輸入的交流信號是直接從電源側(cè)獲取的，因此這就不需要像其他電路那樣需要先利用變壓器取得交流信號再進行處理，這樣就既節(jié)省了線路板的空間，又節(jié)約了成本 [9]。這樣周而復始，單片機所得到的就是幅值為 5V 的方波信號，周期等同于電源的周期即工頻 50Hz，而高低電平持續(xù)的時間也基本與電源側(cè)正負交流信號所持續(xù)的時間大致相同，雖然其間存在著一定的時延，但這可以通過軟件進行補償，從而既簡化了外圍硬件電路的設計，又得到了與電源電壓同步的信號，為下面給出晶閘管觸發(fā)信號提供了工作電壓零點的基準。整個工作過程大體是這樣的：由電源側(cè)來的線電壓信號經(jīng)過2 個電阻和 1 個二極管，變成半波交流信號，這個交流信號在正半波時觸發(fā)光耦導通，從而使得右側(cè)輸入到單片機的是高電平信號；而當光耦左側(cè)交流信號處于低電平時，光耦則截止。從圖中可以看出，這個電路的功能就是將由電源側(cè)來的線電壓正弦信號轉(zhuǎn)為低壓方波信號來供單片機進行處理分析。只有準確的測量出電壓的過零點，才能精確的控制晶閘管的導通角，從而實現(xiàn)對電機兩端電壓的無極加載，完成軟起動的功能。 同步信號檢測為了保證三相交流調(diào)壓器主回路中各個晶閘管的觸發(fā)脈沖與其陽極電壓保持嚴格的相位關系。 電壓檢測回路在電壓檢測回路中，盡量實現(xiàn)以下三個功能。因為電路總是存在電感的，所以與電容 C 串聯(lián)電阻 R 可起阻尼作用，它可以防止 R、 L、C 電路在過渡過程中，因振蕩在電容器兩端出現(xiàn)的過電壓損壞晶閘管。為了限制電路電壓上升率過大，確保晶閘管安全運行，本設計在晶閘管兩端并聯(lián)RC 阻容吸收網(wǎng)絡，利用電容兩端電壓不能突變的特性來限制電壓上升率。若電壓上升率過大，超過了晶閘管的電壓上升率的值，則會在無門極信號的情況下開通。(2)過電壓保護我們知道晶閘管有一個重要的特性參數(shù)，即斷態(tài)電壓臨界上升率 du/dt。(1)過電流保護晶閘管設備發(fā)生過電流有可能是晶閘管損毀、觸發(fā)電路或控制系統(tǒng)有故障等。直流電源同步電源輸入KJ004 產(chǎn)生單脈沖KJ042 產(chǎn)生脈沖調(diào)制列4066模擬開關實現(xiàn)寬窄切換脈沖放大驅(qū)動SCR寬脈沖列圖 39 觸發(fā)電路框圖 晶閘管保護電路晶閘管由于擊穿電壓接近工作電壓，熱容量又較小，所以承受過電壓、過電流能力較差，短時間內(nèi)的過電壓、過電流都可能造成元件損壞。相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過 V6）。隔 60176。當 VV 6 都導通時， VV 8 都截止，沒有脈沖輸出，只要 VV 6 有一個截止，都會使 V V8 導通，有脈沖輸出。V 2 截止狀態(tài)持續(xù)的時間就是鋸齒波的寬度，其大小取決于充電時間常數(shù) R1C1。V2 開關的頻率就是鋸齒波的頻率，由同步變壓器所接的交流電壓決定。晶閘管電路處于逆變狀態(tài)。晶閘管電路處于整流工作狀態(tài)。的位置。的中央（ 120176。例如 240176。（由于考慮 amin 和 βmin，實際一般為 120176。在三相全控橋電路中，接感性負載電流連續(xù)時，脈沖初始相位應定在 a=90176。M 點是 V4 由截止到導通的轉(zhuǎn)折點，也就是脈沖的前沿。如果 uco=0，u p 為負值時，b 4 點的波形由 uh+up 確定。射極跟隨器 V3 的作用是減小控制回路電流對鋸齒波電壓 ub3 的影響。V 2 導通時，因 R4 很小故 C2 迅速放電，u b3 電位迅速降到零伏附近。鋸齒波是由開關V2 管來控制的。鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等。脈沖前沿由 V4 導通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數(shù)R11C3 有關。電容 C3 放電和反向充電，使 V5 基極電位上升，直到 ub5E1(15V)，V 5 又重新導通。電容 C3 充電，充滿后電容兩端電壓接近 2E1(30V)時，V 4 導通，A點電位由+ E1(+15V) 下降到 左右，V 5 基極電位下降約 2E1(30V)， V5 立即截止。V 5 飽和導通。15 V C1R2 R24R25R23C4RWR 移 相 電 壓（ +）偏 移 電 壓 （ ）圖 38 脈沖發(fā)生電路圖脈沖形成環(huán)節(jié)VV 5 —— 脈沖形成 VV 8 —— 脈沖放大控制電壓 uco 加在 V4 基極上。171。此外，還有強觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。如圖 38 為同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路，其輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個晶閘管同時導通的電路），也可為單窄脈沖。 晶閘管觸發(fā)電路本設計觸發(fā)電路原理是首先用同步變壓器對電網(wǎng)電壓進行采樣并降壓，之后輸入KJ004 用來產(chǎn)生單脈沖，通過調(diào)節(jié)分壓電阻可以實現(xiàn)對單脈沖占空比的調(diào)節(jié)，通過模擬開關 4066 來實現(xiàn)對 KJ004 寬窄脈沖模式的變換，使 KJ004 輸出寬脈沖或者窄脈沖，KJ042 則產(chǎn)生高頻調(diào)制波對 KJ004 輸出的寬脈沖或窄脈沖進行高頻調(diào)制，使其輸出寬窄脈沖列，當 KJ004 處于寬脈沖方式時，KJ004 輸出直接加到驅(qū)動電路，而 KJ004 處于窄脈沖方式時單脈沖(3 片 KJ004 產(chǎn)生 6 路)輸入到 KJ041 合成雙脈沖，每組雙脈沖相位相差 60176。由于異步電機在直接起動時的電流為 6～7 倍的額定電流。為使晶閘管在工作過程中不因?qū)嶋H有效值應在乘以安全系數(shù)1．5～2 后才能等于 ITAV。在本文設計中電機為 220V 的三步電動機，根據(jù)公式計算可得晶閘管耐壓在 622V 933V 范圍內(nèi)。需滿足兩個條件。晶閘管由于過電流過電壓能力低，又常常工作在不同的電流波形情況下，給額定電流的選擇帶來一定的困難，如若額定值選擇不當，會造成不必要的損失或浪費。而TAl，TA2 年 TA3 表示為霍爾傳感器電流輸出，該電流信號通過整流電路后轉(zhuǎn)變成電壓信號輸入到控制回路 [5]。軟停車開始時，接觸器再次打到雙向晶閘管端，軟起動器投入到停車運行，如此重復來完成軟起動和軟停車。M3~UVWRTS圖 37 主回路電路采用三組反并聯(lián)晶閘管組成調(diào)壓電路。當供電電壓不變時，通過改變晶閘管的控制角，可以改變晶閘管的輸出電壓。晶閘管正負半周的觸發(fā)是對稱的，晶閘管的輸出電壓有效值 u。2siniUwt? 圖 35 晶閘管單相調(diào)壓電路 圖 晶閘管輸出電壓波形圖 35 為一路晶閘管輸出波形示意圖。圖 34 交流調(diào)壓主電路 晶閘管相控調(diào)壓原理晶閘管調(diào)壓單相等效電路如圖 35 所示，其中 ZL 為電機一相等效阻抗，U i 為電網(wǎng)相電壓，U L 為晶閘管輸出電壓。180???在晶閘管交流調(diào)壓系統(tǒng)中，晶閘管可以借負載電流波形過零而自行關斷，不需另加換流電路，所以其主要優(yōu)點是線路簡單、調(diào)壓裝置體積小，價格低廉、使用及維修方便。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，還會出現(xiàn)只有一個方向的晶閘管在工作，負載上可能出現(xiàn)直流分量，危害晶閘管的安全。當斷流時間間隔稍長時，這個旋轉(zhuǎn)磁場在定子中感應的電勢和重新接通時的電源電壓在相位上可能會有相當大的差別，這樣就會出現(xiàn)較大的電流沖擊，可能危及晶閘管的安全．如通斷交替頻率較高，每次通斷時間隔中交流電周波數(shù)較少，采用整周波斬波控制方法可能調(diào)壓不夠平滑，所以在異步電動機的調(diào)壓控制中多用相控技術，當然采用相控技術在輸出電壓波形中含有相當大的諧波，在異步電動機中會引起附加損耗，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動等不良影響。否則一方面會引起電動機轉(zhuǎn)速的波動，而另一方面每次接通電流相當于一次異步電動機重合閘過程。斬波調(diào)壓就是用雙向晶閘管作為靜止接觸器，交替的接通與切斷幾個周波的電源電壓，用改變接通時間與切斷時間之比來控制輸出電壓的有效值。 主電路的選擇 調(diào)壓方式的選擇在工頻電源和負載之間接入晶閘管調(diào)壓器，就可以改變負載端的電壓。C；Ⅳ 類品為10～+70176。C ；Ⅱ類品為55～+85176。引腳的排列、名稱、功能和用法主要參數(shù)限制（1）電源電壓：DC +15V177。 KJ042功能介紹KJ042 脈沖列調(diào)制形成器主要適用于作晶閘管三相橋式全控整流電路的脈