【正文】 便地增刪一個模塊就可引腳和指令兼容的新產(chǎn)品。 8051 是 MCS51 系列單片機中的代表產(chǎn)品，它內(nèi)部集成了功能強大的中央處理器，包含了硬件乘除法器、 21 個專用控制寄存器、 4kB 的程序存儲器、 128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器、 4組 8位的并行口、兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器、一個全雙工的串行口以及布爾處理器。亦適用于通信和家用電器控制領(lǐng)域。 ATMEL 公司推出的 AT89Cxx 系列兼容 C51 的 單片機，完美地將 Flash(非易失淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 12 閃存技術(shù) )EEPROM 與 80C51 內(nèi)核結(jié)合起來，仍采用 C51 的總體結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，F(xiàn)lash 的可反擦寫程序存儲器能有效地降低開發(fā)費用，并能使單片機作多次重復(fù)使用。 近年來 C51 獲得了飛速的發(fā)展， C51 的發(fā)源公司 INTEL 由于忙于開發(fā) PC 及高端微處理器而無精力繼續(xù)發(fā)展自己的單片機，而由其 它廠商將其發(fā)展，最典型的是 PHILIPS 和 ATML 公司， PHILIPS 公司主要是改善其性能，在原來的基礎(chǔ)上發(fā)展了高速 I/O 口， A/D 轉(zhuǎn)換器， PWM(脈寬調(diào)制 )、 WDT 等增強功能，并在低電壓、微功耗、擴展串行總線 (I2C)和控制網(wǎng)絡(luò)總線 (CAN)等功能加以完善。 脈沖突跳電壓 運行狀態(tài) 啟動電壓 加速斜坡 U 100% 0 T 限流控制 第三章 控制系統(tǒng)的硬件電路 11 第三章 控制系統(tǒng)的硬件電路 MCS51單片機 MCS51 系列單片機主要包括 803 8051 和 8751 等通用產(chǎn)品，其主要功能如下： 8 位 CPU 4kbytes 程序 存儲器 (ROM) 128bytes 的數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) 32 條 I/O口線 111 條指令，大部分為單字節(jié)指令 21 個專用寄存器 2 個可編程定時 /計數(shù)器 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級 一個全雙工串行通信口 外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為 64kB 外部程序存儲器尋址空間為 64kB 邏輯操作位尋址功能 雙列直插 40PinDIP 封裝 單一 +5V 電源供電 MCS51 以其典型的結(jié)構(gòu)和完善的總線專用寄存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統(tǒng)，堪稱為一代 “ 名機 ” ，為以后的其它單片機的發(fā)展 奠定了基礎(chǔ)。在這種方式下起動電機，當(dāng)電機的起動電流未達到 設(shè)定的電流值時，電機仍然按照電壓斜坡方式起動，一旦電流到達設(shè)定值時，控制系統(tǒng)將停止觸發(fā)角的進一步減小，從而使電機端電壓維持不變，此時由于電機轉(zhuǎn) 速仍在上升，使反電動勢繼續(xù)增加，因而電機電流將會減小。當(dāng)電機克服靜摩擦力起動起來后，讓單片機控制晶閘管的導(dǎo)通角，使加到電機上的電壓隨著電機反電動勢的變化而改變，并保 持一定的壓差，這就是電壓斜坡起動，電機在外加電壓的作用下實現(xiàn)平穩(wěn)起動且起動電流較小。為了使電機在起動時獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩，在電機上施加一個較高的電壓脈沖，使電機獲得足夠的轉(zhuǎn)矩，然后電機端電壓再從一個設(shè)定值開始逐 漸上升，以減小電機的起動電流。 電機 電壓檢測 驅(qū)動電路 電流檢測 鍵盤、顯示 計算機控制系統(tǒng) 三相交流電 旁路接觸器 啟動過程 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 10 圖 22 啟動電壓曲線圖 電動機在剛開始起動時，由于其靜摩擦很大，電動機需要較大的初始轉(zhuǎn)矩才能克服靜摩擦力及負載等阻力轉(zhuǎn)矩才能轉(zhuǎn)動起來，所以在電機的起始階段采用脈沖突跳電壓起動。 L E D 數(shù)碼管主要用來顯示起動參數(shù)設(shè)定、運行監(jiān)控及故障等顯示。單片機根據(jù)電路的運行狀態(tài)，通過封鎖晶閘管觸發(fā)脈沖或斷開主電路實現(xiàn)對電機的保 護，過內(nèi)部運算 輸出一定占空比的 PWM 通波，用來控制電機的起動。單片機控制部分主要負責(zé)參數(shù)設(shè)置與修改，通過鍵盤輸入。這種電路如三相全控橋式整流電路，主電路如圖 21。此外，第二章 系統(tǒng)組成及控制方案 9 它還具有對電機的保護功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動設(shè)備的諸多弊端。 電機軟起動的電路設(shè)計 （ 1） 軟起動的原理 軟起動器是一種集軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護于一體的電機控制裝置。主要用于重載起動，它是按電動機的起動轉(zhuǎn)矩線性上升的規(guī)律控制輸出電壓，優(yōu)點是起動平滑、柔性好，對拖動系統(tǒng)有利，同時減少對電網(wǎng)的沖擊，可縮短起動時間，是最優(yōu)的重載起動方式。隨后時間的推移控制器的輸出 U下降到某一個具體的值，該數(shù)值可根據(jù)具體情況設(shè)定 。這種起動方式的特點是起動電流相對較大，但起動 時間相對較長，適用于重載起動的電機。目前存在改進的方法是采用雙斜坡起動：輸出電壓先迅速升至 U1， U1 為電動機起動所需的最小轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的電壓值，然后按設(shè)定的速率逐漸升壓，直至達到電機的額定電壓。 （ 2）電壓斜坡起動 電機的電壓由大到小按照設(shè)定的斜率線性上升，將傳統(tǒng)的降壓起動變有級為無級，主要用于重載起動。這種起動方式的優(yōu)點是起動電流小，且可按需要調(diào)整，起動電流的限值必須根據(jù)電動機的起動轉(zhuǎn)矩來設(shè)定，如果起動電流ｈ設(shè)置過小，將會使起動失敗甚至是燒毀電機，對電網(wǎng)電壓影響小。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 8 第二章 系統(tǒng)組成及控制方案 （ 1）限流軟起動 顧名思義，限流起動就是在電動機的起動過程中限制起動電流不超過某一設(shè)定值的軟起動方式。從嚴格意義上講，熱變電阻起動器并不能歸類于軟起動器的行列，因為熱變電阻起動不能實現(xiàn)軟起動 —— 最大限度地限制電動機的起動電流，起動過程平滑無沖擊，起動性能可控可調(diào)。由于液態(tài)電阻在常壓下最高溫度為 100℃，電阻率ρ不可能為零，因此極板間有一定阻值，在液阻切除時必然會造成二次沖擊現(xiàn)象。 總起動過程中溫升明顯，巨大的起動電流必然造成局部液體開鍋現(xiàn)象，產(chǎn)生大量蒸汽，而液阻箱為嚴密封閉狀態(tài)，類似高壓鍋，因此存在巨大的安全隱患 起動 性能差，因為熱變電阻完全靠溫度調(diào)節(jié)阻值，溫度是人為無法控制的，二次起動時與第一次起動相比其溫度發(fā)生很大變化，起動特性隨之發(fā)生變化，起動電流、起動時間也相應(yīng)出現(xiàn)偏差。況且實際的電液溫度不會超過 800C，那么在起動切換到全壓運行的時刻，電液阻值肯定不小。電機起動時間的 長短根本不由熱變電阻決定，依然決定于電動機及負載本身的特性。 從前述的工作原理可以看出，用熱變電阻實現(xiàn)的軟起動方式，電動機起動電流不可控、不可調(diào)。阻值不易調(diào)整，熱變電阻一旦設(shè)置好就無法調(diào)整 ,而電液阻值是被動地隨主電機電流的變化而因液溫間接變化，而不是主動地改變電液阻值去控制主電機的起動電流。因此，每次起動電流難以保證相同的起動特牲。 性能特點 ： 由熱變電阻的原理可以看出： 起動初始電液阻值不可調(diào) 由于兩個導(dǎo)電極板是固定安裝，兩個導(dǎo)電極板的間距固定不變。熱變電阻的導(dǎo)電介質(zhì)是具有一定濃度的電解液，它的起動原理是將水溶液用一容器加固密封，兩極板固定不動，起動時利用極板間大的起動電流將電解液的溫度急劇提升， 使液阻發(fā)生電解反應(yīng)，電解液的電阻率發(fā)生變化。再將可調(diào)電抗旁路后退出運行，電機起動過程完成。電機起動時由于串聯(lián)了可調(diào)電抗，起動電流較小。雖然能夠基本實現(xiàn)平滑起動，但造價較昂貴，而 且高次諧波含量大、技術(shù)相對復(fù)雜，所以應(yīng)用不是很廣范。但是 ，在不是舍我莫誰的情況下，選用高壓變頻器作為電動機的起動設(shè)備，其一次投資并沒有什么大的收益，尤其是非頻繁起動的負載，更不適宜選用高壓變頻器。而且維修費用是相當(dāng)高的。采用級聯(lián)五電平以上的變頻器時，雖可極大地減小這些負面影響，但要配置正弦濾波器。如此，將大大降低電動機的絕緣壽命，甚至損壞電機 ,一般需配置特殊絕緣的鼠籠式電動機。而且從僅用于電動機起動這個角度考慮，可謂得不償失。因此須同時投資大容量的諧波濾波裝置。對于 6 脈沖整流電路，電網(wǎng)輸入側(cè)的 5 次諧波畸變率達到基波電流的 20%， 7 次諧波率達到基波電流的 14%，忽略 11 次及以上的高次諧波，總的電流諧波畸變率達到基波電流的 34%以上，大大超過國家標(biāo)準(zhǔn)允許的諧波電流限定值。 高壓變頻器不僅可以用于電動機的起動，而且可以同時用于電動機運行中的調(diào)速節(jié)能。而且最容易實現(xiàn)工況適宜性調(diào)整。 可實現(xiàn)脈沖突跳方式的起動， 以克服足夠大的靜阻轉(zhuǎn)矩。其主要優(yōu)點如下： 采用 VVVF 控制方式，通常采取 SPWM 觸發(fā)模式，可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)或變轉(zhuǎn)矩起動，幾乎涵蓋各種類型負載的起動。變頻器應(yīng)用于高壓電動機的起動，主要控制方式有如下兩種：電源→降壓變壓器→低壓變頻器→升壓變壓器→高壓電動機 、 電源→高壓變頻器→高壓電動機 。目前，應(yīng)用于高壓大容量鼠籠式電動機的調(diào)速和起動的高壓第一章 異步電動機及其啟動方式 5 變頻器已能做到 ， 10000KW 的水平，但比較成熟、可靠的還僅限于電壓 10KV以下、容量 5000KW 以下的鼠籠式電動機。因此，其對高壓電動機起動的應(yīng)用并不廣泛。其中高壓固態(tài)軟起動器主要依賴進口，成本高，價格雖略低于高壓變頻器，但它采用 SCR 降壓不降頻的控制方式，性能卻遠不如高壓變頻器。 軟起動的應(yīng)用場合 原則上，異步電動機凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場合都可使用，適用于各種泵類負載或風(fēng)機類負載，需要軟起動與軟停車 ， 對于變負載工況、電動機長期處于輕載運行，只有短時或瞬間處于滿負荷運行場合，應(yīng)用軟起動器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節(jié)能的效果。 （ 3）可以根據(jù)不同的負載設(shè)定 起動時間。 軟啟動運行特點 （ 1）能使電機起動電壓以恒定的斜率平穩(wěn)上升，起動電流小，對電網(wǎng)無沖擊電流，減小負載的機械沖擊。但是，突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負荷，應(yīng)用時要特別注意。同時降低電機起動時對電網(wǎng)的沖擊，是最優(yōu)的重載起動方式，它的缺點是起動時間較長。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 4 斜坡電壓起動顧 名思義是電壓由小到大斜坡線性上升，它是將傳統(tǒng)的降壓起動從有級變成了無級，主要用在重載起動，它的缺點是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升對拖動系統(tǒng)不利，且起動時間長有損于電機。 軟起動的概念 電動機的軟起動是采用串接于電源與被控電動機間的軟起動器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電動機輸入電壓從零開始逐漸上升，直至起動結(jié)束，賦于電動機全電壓的起動方式。綜合考慮，在經(jīng)濟條件允許的情況下應(yīng)盡量避免采用電動機的直接起動方式，以保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量。許多電機的自身故障都是由于絕緣受到傷害而引起的。同時，還可能引起繼電保護和自動裝置誤動，儀表指示和電度計量不準(zhǔn)以及通信受干擾等一系列問題。 電動機在起動時，會產(chǎn)生短時間的諧波電流，使電網(wǎng)的諧波大量增加。如果水泵前面的管路比較長，當(dāng)水泵電機突然停止時，高速的水流會沖擊到水泵的葉輪上，產(chǎn)生很大的沖擊力，會使葉輪變形或損壞。 電動機直接全壓起動時的起動轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的 2倍，對于齒輪傳動設(shè)備來說，很大的沖擊力會使齒輪磨損加快甚至破碎； 對于皮帶傳動設(shè)備來說，加大了皮帶磨損甚至拉斷皮帶。當(dāng)電動機容量相對較大時，該起動電流將引起電網(wǎng)電壓急劇下降，電壓頻率也發(fā)生變化，這會破壞同電網(wǎng)其它設(shè)備的正常運行，甚至?xí)痣娋W(wǎng)失去穩(wěn)定，造成更大的事故。從上邊分析看出，變壓器額定容量相對電動機講不足夠大時，三相異步電動機不允許直接起動?？傊妱訖C起動過程需要考慮以下幾個問題： 應(yīng)有足夠大的最初起動轉(zhuǎn)矩（ TS≥ ）； 盡可能小的最初起動電流； 起動操