【正文】 參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)顯示、起?？刂?、故障檢測(cè)和保護(hù)等任務(wù)。圖212 驅(qū)動(dòng)電路 Drive circuit 這部分電路包括，～，發(fā)光二極管～見(jiàn)附錄圖。其中發(fā)光二極管用作動(dòng)作指示，當(dāng)單片機(jī)發(fā)出高電平的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，晶體管V1或V2導(dǎo)通，從而驅(qū)動(dòng)繼電器或吸合動(dòng)作，利用其觸點(diǎn)控制主電路合閘，同時(shí)發(fā)光二極管或也會(huì)隨之亮；當(dāng)單片機(jī)發(fā)出低電平的閉鎖信號(hào)，或則會(huì)隨之滅，或繼電器釋放，利用其觸點(diǎn)信號(hào)控制主電路接觸器分閘。圖211 鍵盤(pán)和顯示電路 Keyboard and display circuit 這部分主要用于驅(qū)動(dòng)輸出，使繼電器吸合或釋放來(lái)達(dá)到控制目的。圖210 通信部分電路 Communication part of the circuit 輸出電路 顯示部分電路包括LED數(shù)碼管（共4個(gè)8段LED數(shù)碼管），以及其內(nèi)的發(fā)光二極管組成，這其中發(fā)光二極管按LED引腳形式連接而成。接口端子CON則是通用的9針RS232物理接口。該部分電路由電容～、集成芯片 U8(MAX232) 和RS232接口端子CON組成。鍵盤(pán)信號(hào)連接到單片機(jī)的PA3～PA7端口，以判斷哪個(gè)鍵盤(pán)按下；而發(fā)光二極管～和電阻～則用于指示哪個(gè)鍵盤(pán)按下了，如鍵盤(pán)按下，則發(fā)光二極管發(fā)亮。該電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)放LM324 (U2B) 構(gòu)成的電壓跟隨器輸入到單片機(jī)的PA0端口，以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。由于三個(gè)通道電路設(shè)計(jì)一樣，、通道電路可由附錄圖和圖29容易得到。該窗口比較器由電阻～，可調(diào)電阻POT2和運(yùn)放LM324（U3C、U3D）組成，其中電阻～和可調(diào)電阻POT2是、三個(gè)電流測(cè)量通道的窗口比較器共用的。經(jīng)兩個(gè)無(wú)緣低通濾波器濾波后得穩(wěn)定的直流平均電壓信號(hào)，這兩個(gè)無(wú)緣低通濾波器分別由、和、組成。該電壓信號(hào)經(jīng)電阻和分壓后，由比例調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中通道的電路如圖26所示。過(guò)電壓保護(hù)信號(hào)經(jīng)二極管、發(fā)光二極管輸出，而欠電壓保護(hù)信號(hào)則經(jīng)二極管、發(fā)光二極管輸出，具體電路如圖28所示。該電路主要由可調(diào)電阻、運(yùn)放LM324（包括U5B、U5C、U5D） 組成。電壓跟隨器輸出的直流電壓信號(hào)與三相電源電壓大小成正比，經(jīng)電阻輸出到窗口比較電路。圖27 LM324的管腳連接圖和典型原理圖 Typical pin connection diagram and schematic diagram of LM324經(jīng)比例調(diào)節(jié)后的信號(hào)再由兩個(gè)無(wú)緣濾波器、和、（均見(jiàn)附錄圖）濾波得到穩(wěn)定的直流電壓信號(hào)。電源電壓測(cè)量電路如圖26所示。；工作溫度范圍：0～+55℃。5V～177。雙電源工作時(shí)，引腳3(VSS)接負(fù)電源，其允許施加的電壓幅值為4～9V，引腳17(VDD)接正電源，允許施加的電壓為+4～+9V。TC787/TC788可單電源工作，亦可雙電源工作。該端連接的電容值大小決定了移相鋸齒波的斜率和幅值，應(yīng)用中分別通過(guò)一個(gè)相同容量的電容接地。(d）引腳13()：該端連接的電容的容量決定著TC787或TC788輸出脈沖的寬度，電容的容量越大，則脈沖寬度越寬。(c）引腳6()：TC787/TC788工作方式設(shè)置端。(b）引腳5()：輸出脈沖禁止端。3）控制端a）引腳4()：移相控制電壓輸入端。當(dāng)TC787或TC788被設(shè)置為全控雙窄脈沖工作方式時(shí)，引腳8為與三相同步電壓中C相正半周及B相負(fù)半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳12為與三相同步電壓中A相正半周及C相負(fù)半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳11為與三相同步電壓中C相負(fù)半周及B相正半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳9為與三相同步電壓中A相同步電壓負(fù)半周及C相電壓正半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳7為與三相同步電壓中B相電壓負(fù)半周及A相電壓正半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端；引腳10為與三相同步電壓中B相正半周及A相負(fù)半周對(duì)應(yīng)的兩個(gè)脈沖輸出端。應(yīng)用中，分別接經(jīng)輸入濾波后的同步電壓，同步電壓的峰值應(yīng)不超過(guò)TC787/TC788的工作電源電壓VDD。如果有故障現(xiàn)象，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，從PB7發(fā)出信號(hào)到TC787的輸出脈沖禁止端，禁止輸出脈沖，直到故障接觸。每隔一定時(shí)間遞減1176。引腳如圖25所示。它們是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上廣泛流行的TCA785及KJ(或KC)系列移相觸發(fā)集成電路的換代產(chǎn)品，與TCA785及KJ(或KC)系列集成電路相比，具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等優(yōu)點(diǎn)，而且裝調(diào)簡(jiǎn)便、使用可靠，只需一個(gè)這樣的集成電路，就可完成3只TCA785與1只KJ041只KJ042或5只KJ(3只KJ001只KJ041只KJ042)(或KC)系列器件組合才能具有的三相移相功能。7）ESD保護(hù)大于MILSTD883標(biāo)準(zhǔn)的2000Va)封裝引腳圖b)典型電路圖24 MAX232的封裝引腳和典型工作電路圖 Package pin and typical circuit of MAX232TC787是采用獨(dú)有的先進(jìn)IC工藝技術(shù)，并參照國(guó)外最新集成移相觸發(fā)集成電路而設(shè)計(jì)的單片集成電路。5）符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn)EIA/。30V輸入電平。2）兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器。MAX232的工作溫度范圍為0～70℃，MAX232的工作溫度范圍為40～85℃。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器將TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換為EIA/TIA232E電平。而且可以接收177。MAX232是一種雙組驅(qū)動(dòng)器/接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時(shí)提供EIA/TIA232E電平。RXD(PD0)引腳和TXD(PD1)引腳作為串行通信用。PD5初始化為成PWM輸出工作方式，作為晶閘管觸發(fā)脈沖的控制命令輸出，單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部運(yùn)算輸出一定占空比的PWM波，此PWM波經(jīng)過(guò)濾波后獲得0～5V直流電壓送觸發(fā)脈沖模塊，作為觸發(fā)脈沖腳的控制命令，該電壓正比于PWM波的占空比。同時(shí)信號(hào)處理電路送來(lái)的故障檢測(cè)信號(hào)也送到PA1輸入腳，作為故障狀態(tài)的檢測(cè)。其引進(jìn)圖如下：圖22 AT90S8535引腳圖 The pin of AT90S8535 由于AT90S8535芯片的片內(nèi)資源豐富，由他組成的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，軟起動(dòng)器的CPU部分如圖23所示。7）工作電壓和時(shí)鐘~。掉電模式：1A。條件下的功耗工作模式：。4)MCU特點(diǎn)上電復(fù)位電路；具有記數(shù)功能、有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC；低功耗空閑省電和掉電模式；16種中斷源，每種中斷源具有一個(gè)獨(dú)立的中斷向量作為相應(yīng)的中斷入口地址。3）外圍器件特點(diǎn)兩個(gè)可預(yù)分頻的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器（T/C0、T/C2）,其中T/C2具有輸出比較和PWM功能；一個(gè)可預(yù)分頻16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器（T/C1），T/C1具有輸入捕獲、輸出比較和PWM功能，片內(nèi)模擬比較器；可編程的看門(mén)狗定時(shí)器；8通道10位ADC。2）數(shù)據(jù)和非易失性程序存儲(chǔ)器8KB的在線(xiàn)可編程FLASH存儲(chǔ)器，可擦寫(xiě)1000次以上；512B的SRAM。圖21 軟起動(dòng)器總體硬件框圖 The hardware surtcutre of sotf starter 主要元器件選擇及介紹 CPU的選擇本設(shè)計(jì)分析的單片機(jī)控制系統(tǒng)采用AVR系列單片機(jī)的AT90S8535為主控制芯片，其內(nèi)部接口豐富、功能齊全、性?xún)r(jià)比比較高[11]。本設(shè)計(jì)采用跨越運(yùn)行模式2 硬件設(shè)計(jì) 總體硬件框圖軟起動(dòng)器的控制系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成，一個(gè)是單片機(jī)及其外圍電路組成的微機(jī)控制系統(tǒng)，另一個(gè)是信號(hào)處理電路。通過(guò)改變導(dǎo)通角控制電機(jī)電壓，達(dá)到改變電機(jī)速度的目的。（3）節(jié)能運(yùn)行模式當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷較輕時(shí)，軟起動(dòng)器自動(dòng)降低施加于電動(dòng)機(jī)定子上的電壓，減少了電機(jī)電流的勵(lì)磁分量，從而提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。（2）接觸器旁路工作模式在電動(dòng)機(jī)達(dá)到滿(mǎn)速運(yùn)行時(shí)，用旁路接觸器取代已完成起動(dòng)任務(wù)的軟起動(dòng)器，這樣可以降低晶閘管的熱損耗，提高系統(tǒng)的效率。 a）自由停車(chē) b）軟停車(chē)圖14 電動(dòng)機(jī)的停車(chē)方式a）Free stop b）Soft stop Manner of parking motor 軟起動(dòng)器的運(yùn)行模式軟起動(dòng)器完成起動(dòng)電動(dòng)機(jī)任務(wù)之后，可以有以下四種運(yùn)行狀態(tài)[10]：（1）跨越運(yùn)行模式晶閘管處于全導(dǎo)通狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)工作于全壓方式，電壓諧波分量可以完全忽略，這種方式常用于短時(shí)重復(fù)工作的電動(dòng)機(jī)。這種停車(chē)方式在泵類(lèi)場(chǎng)合時(shí)可以防止水錘效應(yīng)發(fā)生，在傳輸帶負(fù)載時(shí)，可以防止傳輸帶上物件發(fā)生倒落事故；快速制動(dòng)停車(chē)方式常用于一些需要緊急停車(chē)或快速停車(chē)的場(chǎng)合，其制動(dòng)方式有能耗制動(dòng)，反接制動(dòng)等。自由停車(chē)是指在停車(chē)指令下達(dá)時(shí)，關(guān)斷電動(dòng)機(jī)的供電回路，使電動(dòng)機(jī)在端電壓為零的條件下，依靠電動(dòng)機(jī)的摩擦轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到零；軟停車(chē)是指控制系統(tǒng)在接到停車(chē)指令后，控制觸發(fā)脈沖角由輸出值逐漸上升到150176。圖13 各種軟起動(dòng)方式下相應(yīng)的起動(dòng)曲線(xiàn) The curves of various kinds of soft starting methods 電動(dòng)機(jī)停車(chē)方式與電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式一樣，為了適應(yīng)各種運(yùn)行場(chǎng)所和負(fù)載性質(zhì)的要求，電動(dòng)機(jī)也要具備不同的停車(chē)方式。在這種起動(dòng)方式下，控制系統(tǒng)給定一個(gè)恒定的觸發(fā)脈沖角，使電動(dòng)機(jī)在一個(gè)給定電壓(20%～90%可選)下起動(dòng)。其原理與斜坡限流起動(dòng)方式相同。（4）帶突跳的斜坡限流起動(dòng) 如圖13（d）所示，這種起動(dòng)方式是在帶突跳的電壓斜坡起動(dòng)方式的基礎(chǔ)上，增加電流限制環(huán)節(jié)。為了使電動(dòng)機(jī)在初始起動(dòng)時(shí)能夠得到較大的轉(zhuǎn)矩，往往需要較高的電壓，因此帶突跳的電壓斜坡起動(dòng)方式就是在起動(dòng)初始時(shí)刻，在電動(dòng)機(jī)施加一個(gè)較高的電壓脈沖，使電動(dòng)機(jī)輸出足夠的轉(zhuǎn)矩能夠轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，然后電動(dòng)機(jī)端電壓再?gòu)囊粋€(gè)設(shè)定的基值電壓開(kāi)始逐漸上升，以減小電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。當(dāng)電流下降到一定的下限值時(shí)，才允許觸發(fā)脈沖進(jìn)一步減小，使電動(dòng)機(jī)端電壓繼續(xù)按斜坡上升，這種方式可以有效的限制電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的電流最大值。為了限制起動(dòng)電流的繼續(xù)增大，可以采用限流起動(dòng)方式。在這種起動(dòng)方式下，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的起動(dòng)時(shí)間，控制晶閘管的導(dǎo)通角由初始值逐漸下降到零，從而使電動(dòng)機(jī)端電壓從給定初始值平滑爬升到全壓。（1）電壓斜坡起動(dòng) 如圖13（a）所示，交流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生較大起動(dòng)電流的原因是因?yàn)橥饧拥诫妱?dòng)機(jī)的端電壓與電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)之差大，如果讓施加到電動(dòng)機(jī)上的電壓隨著電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的變化而改變，并保持一定的壓差以維持必要的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，則電動(dòng)機(jī)將在外加電壓的作用下平穩(wěn)起動(dòng)且起動(dòng)電流較小。 常用的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式為了適應(yīng)各種運(yùn)行工況和負(fù)載性質(zhì)的要求，電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有不同的起動(dòng)方式。此時(shí)輸出電壓最低；而當(dāng)模擬電壓指令為5V時(shí)，晶閘管的移相觸發(fā)角為0176。圖12 軟起動(dòng)器主電路圖 The main circuit diagram of soft starter 主電路每相采用兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)或一個(gè)雙向晶閘管器件，一般當(dāng)軟起動(dòng)器的功率很大時(shí)，采用兩個(gè)獨(dú)立的晶閘管反并聯(lián)，當(dāng)功率不大時(shí)，為減小體積，可以采用雙向晶閘管；與晶閘管并聯(lián)的RC網(wǎng)絡(luò)和非線(xiàn)性壓敏電阻（QK）是用來(lái)做晶閘管的過(guò)電壓吸收和保護(hù)的；交流接觸器KM作為晶閘管的旁路開(kāi)關(guān)，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成后，可以將晶閘管旁路，避免由晶閘管接通電源而產(chǎn)生的通態(tài)損耗；JR為熱繼電器，為電動(dòng)機(jī)提供過(guò)載或缺相保護(hù)；TV為線(xiàn)路電源電壓互感器，此信號(hào)送到控制檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)電壓和欠電壓保護(hù)；TA為電流互感器，經(jīng)TA衰減并隔離的電動(dòng)機(jī)繞組電流信號(hào)送到控制電流處理，便于控制電路對(duì)起動(dòng)電流的監(jiān)視，并實(shí)現(xiàn)限電流起動(dòng)、過(guò)電流保護(hù)等功能；三相同步變壓器通過(guò)不同的連接方式，可以按照三相交流調(diào)壓電路的控制規(guī)律要求，為晶閘管的移相觸發(fā)電路提供同步信號(hào)；移相觸發(fā)模塊根據(jù)觸發(fā)角指令的要求，結(jié)合同步信號(hào)，給主電路各晶閘管實(shí)時(shí)發(fā)出觸發(fā)脈沖，控制晶閘管的導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)主電路的正常調(diào)壓工作。由于輸入至電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓受控于三相交流電壓電路的觸發(fā)脈沖角，因此改變觸發(fā)角的變化規(guī)律，可以改變電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式，使電動(dòng)機(jī)具有不同起動(dòng)特性以適應(yīng)不同的工況要求。（3）為了保證在電路起始工作時(shí)能使兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，以及在感性負(fù)載與控制角稍大時(shí)仍能保證不同相的正、反向兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，所以同三相全控橋式整流電路一樣，要求采用大于60o的寬脈沖或雙窄脈沖的觸發(fā)電路。在此電路中因?yàn)闆](méi)有中線(xiàn)，所以在工作時(shí)若要負(fù)載電流流通，至少要有兩相構(gòu)成通路。本軟起動(dòng)系統(tǒng)采用晶閘管調(diào)壓原理，通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子輸入端電壓的大小和相位實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)器的各種功能。所以的下限幅值取為額定運(yùn)行時(shí)的值，而上 限幅值取為180o。此外，由于異步電機(jī)是感性負(fù)載，從電力電子學(xué)相關(guān)知識(shí)中可以知道，在晶閘管交流調(diào)壓電路帶感性負(fù)載時(shí)，只有當(dāng)移相角于感性負(fù)載的功率因數(shù)時(shí)，才會(huì)起到調(diào)壓作用。移相調(diào)壓時(shí)，輸出電壓波形己不是完整地正弦波，但輸出電壓不含偶次諧波，而奇次諧波中則以三次諧波為主要成分。當(dāng)電源切斷時(shí)，電機(jī)氣隙中的磁場(chǎng)將由轉(zhuǎn)子中的瞬態(tài)電流來(lái)維持，且隨著轉(zhuǎn)子而旋轉(zhuǎn)，氣隙磁場(chǎng)在定子繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)頻率將有所變化，當(dāng)斷流時(shí)間間隔較長(zhǎng)時(shí)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定子中感應(yīng)的電勢(shì)和重新接通時(shí)的電源電壓在相位上有可能會(huì)有較大的差別，這樣就會(huì)引起較大的電流沖擊，將會(huì)危及晶閘管的安全。采用晶閘管電路調(diào)壓有兩種方式【8】：一種是相控調(diào)壓，即利用加到晶閘管的門(mén)極脈沖相位的改變來(lái)調(diào)整輸出電壓；一種是斬波調(diào)壓，即相當(dāng)于把雙向晶閘管當(dāng)作靜止接觸器，改變接通的周期數(shù)和切斷的周期數(shù)來(lái)改變輸出電壓的有效值。晶閘管工作過(guò)程中，它的陽(yáng)極A 和陰極K電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門(mén)極G和陰極 K控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。③晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽(yáng)極電壓，不論門(mén)極電壓如何，晶閘管保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門(mén)極失去作用。 晶閘管的調(diào)壓原理 晶閘管的工作條件晶閘管的工作原理通常是用串級(jí)的雙晶體管模型來(lái)解釋的，晶閘