【正文】 清華大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版 )。2020 年 [5]孫旭東 ?；趩纹瑱C(jī)的智能軟起動器研究 。東南大學(xué) 。2020 年 S2期 [3]戴茵茵 ?；谀：刂齐姍C(jī)軟啟動器的設(shè)計 。西南交通大學(xué)學(xué)報 。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學(xué)表示由衷的感謝 ! 特別感謝我的師兄以及師姐 們 對我的學(xué)習(xí)和生活所提供的大力支持和關(guān)心 !還要感謝一直關(guān)心幫助我成長的室友！ 在我即將完成學(xué)業(yè) 之際，我深深地感謝我的家人給予我的全力支持！ 最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位 老師，專家 ! 參考文獻(xiàn) 28 參考文獻(xiàn) [1]耿標(biāo) ,解宏基 ,任光 。 致 謝 27 致 謝 在論文完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的老師 李瑞年 表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！ 在論文工作中，遇到了 難題 ，一直得到 李老師的親 切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，李 老師以其淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘。 （ 2）基于單片機(jī)的電機(jī)軟起動控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，安裝快捷方便，通過更換部分模塊可以使軟起動控制系統(tǒng)適應(yīng)不同電機(jī)的軟起動需求。系統(tǒng)完成初始化后， ROM 中的數(shù)據(jù)調(diào)入 RAM 暫存，用戶可以通過鍵盤修改運(yùn)行參數(shù)，如果不需要修改運(yùn)行參數(shù)則程序?qū)凑?ROM 提供的默認(rèn)數(shù)據(jù)工作，流程圖如圖 45。觸發(fā)脈沖控制子程序流程圖如圖 44。 圖 43 A/D中斷服務(wù)子程序流程圖 發(fā)脈沖的程序設(shè)計 T1 中斷服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的起動、 停止和故障封鎖晶閘管并顯示等任務(wù)。 INT0 中斷服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)對外部故障的處理 ,當(dāng)外部故障發(fā)生時，由信號處理電路送來的故障信號產(chǎn)生負(fù)跳變，向 C P U 發(fā)出中斷請求 ,CPU 響應(yīng)中斷并執(zhí)行終端服務(wù)子程序，封鎖晶閘管觸發(fā)脈沖 ， 根據(jù)故障類別輸出相應(yīng)的故障報警代碼。每隔 1m s 完成一個顯示位的動態(tài)刷新，6ms 完成 6個位的循環(huán)顯示。所以有些電子保護(hù)線路在設(shè)置有可靠的三相過載保護(hù)時就不再設(shè)置斷相保護(hù)。電動機(jī)在的負(fù)載下運(yùn)行電動機(jī)總損耗只有額定損耗的左右電動機(jī)繞組發(fā)熱溫度升高需要一定的時間而且熱量卻可以傳導(dǎo)至其他部位。表第項中電動機(jī)繞組為三角形接法電動機(jī)在的負(fù)載下運(yùn)行發(fā)生斷一線線電流并未超過額定值而相電流已超過額定值的。設(shè)置一固定的短時限是為了避免因電動機(jī)啟動時發(fā)生的三相電流不對稱以及線路中偶然出現(xiàn)的瞬間電流不對稱而使保護(hù)裝置誤動作。當(dāng)斷相信號超過一定值時也就第三章 控制系統(tǒng)的硬件電路 21 是實(shí)際對稱超過容許的不對稱程度時保護(hù)裝置經(jīng)過一固定短延時后推動觸發(fā)電路翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。檢測三相電壓或熔絲兩端電壓信號來鑒別電動機(jī)是否斷相同樣可行但它只能局限于測一相熔絲熔斷等斷相故障而不能兼顧其他類型的斷相故障同樣存在一定的局限性。三相電流不對稱時存在零序電流。一般情況下相電流的不對稱會造成線電流的不對稱。理論上對電動機(jī)三相相電流信號進(jìn)行不對稱鑒別是檢測斷相故障的最可靠方法。 綜上所述，電源斷相或繞組斷線，使電動機(jī)單相運(yùn)行是不利的，所以應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，對三相異步電動機(jī) 進(jìn)行斷相保護(hù)，否則會造成電動機(jī)過流過載而燒毀。 運(yùn)行中斷相 缺相發(fā)生在三相異步電動機(jī)正常運(yùn)行過程中，造成嚴(yán)重的三相電壓 ,三相電流不平衡，定子磁場由三相旋轉(zhuǎn)磁場變?yōu)閱蜗嗝}振磁場，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩大大降低，只要負(fù)載轉(zhuǎn)矩允許電動機(jī)仍能轉(zhuǎn)動，此時電動機(jī)二相運(yùn)行的電流等于額定電流～ 2 倍，由于大電流長時間在定子繞組中流動，會使定子繞組過熱，以致燒毀。 將以上各種情況歸納為：電動機(jī)外部電源斷相和電動機(jī)內(nèi)部繞組斷線斷相兩種。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 18 圖 33電機(jī)軟啟動主電路原理圖 R2 R4 R 電機(jī) TV T A S3 S2 S1 Ua Ub Uc 第三章 控制系統(tǒng)的硬件電路 19 圖 34電動機(jī)軟啟動原理圖 圖 35單片機(jī)控制的觸發(fā)脈沖控制電路圖 三相異步電動機(jī)斷相的原因及危害 （ 1） 三相異步電動機(jī)斷相運(yùn)行的原因很多 ,常見的情況有以下幾種 : 氣候惡劣 (如刮風(fēng) ,下雨 ,下雪等 ),造成電網(wǎng)一相電源斷線； 閘刀開關(guān)上的熔體沒有擰緊，或擰得過緊（將熔體端頭壓斷），熔體出現(xiàn)浮淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 20 接現(xiàn)象。單片機(jī)根據(jù)觸發(fā)角指令的要求，給晶閘管適時發(fā)出觸發(fā)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)三相交流電機(jī)的 PWM 控制。 TLC5615轉(zhuǎn)換輸出為 05V直流電壓，為把該輸出電壓轉(zhuǎn)化為 010V流電壓（這是后級的功率變換單元所要求的），使用運(yùn)算放大器 LM324 組成同相比例放大電路，經(jīng)比例放大后，由 DAOUT 端輸出 010V 直流信號，輸出給功率變換單元作為該模塊的給定信號 。 本系統(tǒng)中， TLC5615 的數(shù)據(jù)輸入端（ DIN）、始終信號端（ SCLK）分別與 YPC932A1單片機(jī)的通用 I/O 接口 PO PO PO7 口相連，分別用利用單片機(jī)的 PO PO7口模擬 TLC5615 的時鐘 SCLK 和片選 CS。只需要通過 3 根串行總線就可以完成 10 位數(shù)據(jù)的串行輸入，易于和本文采用的單片機(jī)接口。為了把控制信號由數(shù)字量轉(zhuǎn)換成符合觸發(fā)控制模塊需要的模擬電壓信號，設(shè)計了 D/A 轉(zhuǎn)換電路。參考電壓采用系統(tǒng)提供的電源電壓 5V。如圖 所示，設(shè)計中使用光電耦合器 TLP521 對 TLC1543 和單片機(jī)之間的線路進(jìn)行光電隔離，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。 一般地， TLC1543 與微處理器之間的數(shù)據(jù)傳送僅需將 CS、 I/O CLK、 ADDRESS、DATAOUT 與處理器的 I/O 口相連，通過軟件合成控制時序即可。系統(tǒng)時鐘由片內(nèi)產(chǎn)生并與 I/O CLK 同步。片內(nèi)含有 14 通道多路選擇器可以選擇 11 個輸入中的任何一個或三個內(nèi)部自測試電壓中的一個。它有三個輸入端和一個三態(tài)輸出端：片選 (CS)、輸入／輸出時鐘 (I/O CLK)、地址輸入（ ADDRESS）和數(shù)據(jù)輸出（ DATAOUT）。采用 A/D 轉(zhuǎn)換芯片即可實(shí)現(xiàn)所需要的功能，本設(shè)計中采用的是美國 TI公司生產(chǎn)的 10 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC1543。三相電壓檢測電路與三相電流檢測電路類似，如圖 36 所示，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， OUT2 輸出的信號通過調(diào)理后轉(zhuǎn)化為 A/D 轉(zhuǎn)換器量程范 圍內(nèi)直流電壓。單相電壓檢測電路 原理圖，如圖 32 所示。當(dāng)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。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。 三相電壓信號也要變換成 A/D 轉(zhuǎn)換器允許的量程范圍。 第三章 控制系統(tǒng)的硬件電路 15 圖 31三相電流檢測電路原理圖 信號經(jīng)過由六個整流二極管 D1D6 所組成的三相全波整流電路后，得到了一個直流電流信號，然后在經(jīng)過 C R R2和 R3 所組成的電路濾波和分壓后得到一個穩(wěn)定的直流信號，在這些電路的后級再經(jīng)過一個電壓 跟隨器，電壓跟隨器由LM324 及周圍電路組成，電壓跟隨器能夠起隔離作用，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，還能降低檢測電路內(nèi)阻，提高 A/D 轉(zhuǎn)換的精度，同時還能起到保護(hù) A/D 轉(zhuǎn)換器的作用。在本文研究的電壓軟起控制的設(shè)計中，采用本實(shí)驗室的已經(jīng)設(shè)計成熟的電流電壓信號采集電路，該電路經(jīng)過長時間的試驗和應(yīng)用已經(jīng)證明了其穩(wěn)定性和適用性。電機(jī)起動過程中的電壓與電流是軟起動的重要參數(shù)，也是軟起動控制器進(jìn)行智能運(yùn)算的參數(shù)，必須將其轉(zhuǎn)換成單片機(jī)系統(tǒng)能處理的微量信號（電壓到 05V、電流到毫安），并且還要進(jìn)行必要的 A/D 轉(zhuǎn)換將采集處理后的模擬量轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能運(yùn)算的數(shù)字量，進(jìn)行運(yùn)算和處理。在控制電機(jī)的系統(tǒng)中電壓和電流無疑是最重要的參數(shù)。由于MAX7219 易受干擾影響，因此在程序執(zhí)行過程中應(yīng)經(jīng)常對顯示進(jìn)行更新。 單片機(jī)串行發(fā)送數(shù)據(jù)的啟動在主程序中進(jìn)行，每發(fā)送兩個字節(jié)后，在中斷子程序中控制使 MAX7219 的 LOAD 引腳產(chǎn)生正跳變，把數(shù)據(jù)鎖存入 相應(yīng)的寄存器中。以下程序中，顯示緩沖區(qū)為 RAM 的 30H～ 37H 單元，控制寄存器地址碼及數(shù)據(jù)單元為 40H～ 47H 單元。 控制程序設(shè)計 本系統(tǒng)中單片機(jī)采用中斷方式對 MAX7219 進(jìn)行控制，傳送 16 位數(shù)據(jù)的地址位和數(shù)據(jù)位。接在電源端和地之間的電容起抗干擾的作用，其值應(yīng)大于 10μ F，據(jù)作者經(jīng)驗，在（ 10～ 100）μ F 間即可，太大作用并不明顯。 單片機(jī)與 MAX7219 的連接 控制系統(tǒng)單片機(jī)與 MAX7219 及顯示器件的連接如圖 2 所示。從單片機(jī)時序上看，只需在發(fā)送前將顯示數(shù)據(jù)和地址碼的高低位順序顛倒，利用串行方式 0 進(jìn)行發(fā)送，每發(fā)送兩次，就可向 MAX7219 輸出一個要顯示的數(shù)據(jù)或控制寄存器參數(shù)。串行口工作于方式 0時，通過 RXD（ P3． 0）引腳發(fā)送／接收串行數(shù)據(jù)，通過 TXD（ P3． 1）引腳發(fā)送移位時鐘脈沖。 MCS－ 51 單片機(jī)的串行工作方式 MCS－ 51單片機(jī)串行 口有四種發(fā)送工作方式，其中方式 0每幀共發(fā)送 8位數(shù)，其他工作方式下每幀發(fā)送均不為 8 位數(shù)或其倍數(shù)。數(shù)據(jù)由 DIN 引腳輸入，最先輸入的為最高位，在 CLK的上升沿將數(shù)據(jù)位移入器件內(nèi)的移位寄存器， LOAD 引腳信號的上升沿將最后移入的 16 位數(shù)據(jù)鎖存入相應(yīng)的寄存器中， LOAD 信號的上升沿必須與 CLK 的上升沿同時，或在其后。因此 MAX7219 必須經(jīng)過初始化后才可正常工作。器件上電后所有控制寄存器復(fù)位。顯示測試寄存器設(shè)置器件為正常工作或測試狀態(tài)。掃描限制寄存器控制顯示的位數(shù)。 解碼方式寄存器可設(shè)置各位數(shù)碼管為解碼顯示方式，或非解碼的數(shù)據(jù)位與顯示段直接對應(yīng)的顯示方式。表 2 中 X 可為 16 進(jìn)制任意值，一般取為 0。 MAX7219 的串行數(shù)據(jù)格式。并可方便地進(jìn)行多個芯片的級聯(lián)，擴(kuò)展顯示容量。為 24 引腳芯片，除與顯示器連接外，與微機(jī)串行口為 3 線連接，芯片外 部電路僅為一限制峰值段電流的電阻，線路簡單，極大地方便了對顯示器件的控制。 第三章 控制系統(tǒng)的硬件電路 13 MAX7219 的功能和設(shè)置 MAX7219 芯片為 MAXIM 公司推出的串行輸入／輸出共陰極顯示驅(qū)動器，是用一個芯片實(shí)現(xiàn)以往用軟件完成的動態(tài)顯示電路掃描工作的器件。通常不管采用哪種顯示方式，單片機(jī)往往都工作于并行 I／ O 或存儲器方式。 單片機(jī)系統(tǒng)通常需要有 LED 對系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行觀測，而很多工業(yè)控制用單片機(jī)如 MCS－ 51 系列本身并無顯示接口部分，需要外接顯示的譯碼驅(qū)動電路。 MCS51單片機(jī)的工作頻率為 212MHz，當(dāng)振蕩頻率為 12MHz 時，一個機(jī)器周期為 1us,這個速度應(yīng)該說是比較快的。 由于 MCS51 集成了幾乎完善的 8 位中央處理單元，處理功能強(qiáng)，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機(jī)及各種邏輯運(yùn)算和轉(zhuǎn)移指令，這給應(yīng)用提供了極大的便利。此外， MCS51 采用模塊化結(jié)構(gòu)，可方