【正文】 支出加大。 c. 自耦 變壓器啟動(dòng) 該 方法能滿足降低啟動(dòng)電流的要求，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較串聯(lián)電抗器啟動(dòng)大，對中大容量電機(jī)的啟動(dòng)比較適宜，但其調(diào)整方面的問題，諸如滑動(dòng)觸點(diǎn)電弧燒損問題、碳刷磨損問題、局部匝間短路問題、切換時(shí)有大電流沖擊等等，使其在實(shí)際應(yīng)用中也受到限制。 高壓電機(jī)的軟啟動(dòng)裝置由于受可控硅器件耐壓的限制一直不好解決，所以高壓電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)裝置的應(yīng)用幾乎為空白。這種方法對元器件特性參數(shù)的一致性要求很高，元器件的篩選率很低，而且篩選儀器的價(jià)格很高，這致使裝置的價(jià)格較高 [3]。所以現(xiàn)在應(yīng)用的還比較少。另外由于變頻技術(shù)還處于發(fā)展時(shí)期，其可靠性還不是很高，用戶的維修技術(shù)還跟不上，這便是這種方法尚不是應(yīng)用很多的原因。 數(shù)字軟啟動(dòng)的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 國 內(nèi)外 軟啟動(dòng)產(chǎn)品研發(fā)情況 低壓電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)裝置的應(yīng)用在國內(nèi)外已十分廣泛。 a. 非電氣方法 該法 是在電機(jī)和傳動(dòng)裝置之間加了一個(gè)非電氣的中間環(huán)節(jié)，例如液力偶合器，它可以通過調(diào)節(jié)其內(nèi)部的液體壓力來實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝置的軟啟動(dòng)和調(diào)速，但是電機(jī)仍是空載全壓啟動(dòng)，仍然避免不了對 電網(wǎng) 和電機(jī)的損害，只對機(jī)械設(shè)備有利，目前主要用于要求調(diào)速的場合 [4]。另外這種方法目前最大只能做到 6000KW 左右。二是采用串聯(lián)技術(shù)的高壓軟啟動(dòng)裝置，這種裝置的靠性很低，只有國外少數(shù)廠家生產(chǎn)，日前也只見到有幾千 KW規(guī)格的產(chǎn)品報(bào)導(dǎo)，容量比較小，價(jià)格也很貴 。 以上是當(dāng)前世界范圍內(nèi)幾種實(shí)現(xiàn)高壓電機(jī)軟啟動(dòng)的方法，由于各自都存在著一定的缺點(diǎn)，所以它的應(yīng)用受到了一定的限制，尤其是國內(nèi)，應(yīng)用的還較少。為此，提出了以單片機(jī)為核心，集控制、觸發(fā)于一體的可控硅控制系統(tǒng)，使其外圍元件少，集成度高，控制精度高，克服了模擬電路的非線性和時(shí)間的不 精確性 [8]。由于 電機(jī)轉(zhuǎn)矩與加在定子端的電壓平方成正比 ,同時(shí)電機(jī)電流與定子電壓成正比 [5]。 具體方法 是由微處理器控制的雙向可控硅變流調(diào)壓裝置 , 通過微電腦控制系統(tǒng) , 按給定的程序、指令 , 進(jìn)行有關(guān)計(jì)算確定可控硅的觸發(fā)信號 [6]。 系統(tǒng) 研究方案 本系統(tǒng)的 主要 部分由以下幾個(gè)模塊組成 :主微處理器模塊， 按鍵模塊 ，顯示模塊，D/A 變換模塊，可控硅移相觸發(fā)模塊。 需要選用一款微處理器 作為 本系統(tǒng)的 主控單元 ，通過加減按鍵設(shè)置軟啟動(dòng)的時(shí)間，并且通過顯示電路顯示設(shè)置 的軟啟動(dòng) 時(shí)間和軟啟動(dòng) 的啟動(dòng) 電壓 ，通過 微處理器 計(jì)算軟啟動(dòng)輸出控制量，并經(jīng)過片外獨(dú)立的 D/A 變換電路輸出模擬量送給三相可控硅觸發(fā)系統(tǒng) [7]。它的片內(nèi)有 LED 驅(qū)動(dòng)模塊和 Flash 存儲器， 表面貼封裝的芯片具有 SCI， SPI 和內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊 RTC， 512RAM 以及 12KB 片內(nèi) 置 LED 驅(qū)動(dòng)模塊，該模塊具有對 3*27 或 4*26 段 LCD 驅(qū)動(dòng)的能力 [9]。合理利用片內(nèi)集成 Flash 的單片機(jī)可以降低開發(fā)成本，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。該系列擁有完備的功能組合，簡便的應(yīng)用開發(fā)，其高精度模擬電路，多種通訊選擇，溫度傳感器以及其他超強(qiáng)功能使其成為極具價(jià)格吸引力的產(chǎn)品系列 [18]。它是市場內(nèi)高度集成的 8/16 引腳 MCU，可用于所有~3V 的低壓應(yīng)用中。 STC12C5410AD 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期（ 1T）的單片機(jī)，是高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051單片機(jī) [10]，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 8～ 12 倍，內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路。 分析以上方案： MC68HC908LJ12 單片機(jī)內(nèi)部集成了多個(gè)功能模塊可適用于嵌入式系統(tǒng)，測試，控制及儀器儀表，汽車電器等領(lǐng)域，但由于本設(shè)計(jì)已有現(xiàn)成的編譯器無須使用其 FLash 在線編程技術(shù)，并且其價(jià)格相對較高所以不宜采用該單片機(jī)；由于設(shè)計(jì)要求高性價(jià)比，設(shè)計(jì)低成本，且不需要 QG 系列內(nèi)部集成的仿真器所以 對于本系統(tǒng)來說，他們的大多數(shù)功能都沒有使用，所以最終我們選用低價(jià) 并 高效的數(shù)字軟啟動(dòng)的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 STC12C5410AD 系列控制器 作為主控制器 。獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各 接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它輸入線上的工作狀態(tài)，如圖 (a)所示。 方案二：矩陣式鍵盤。如圖 (b)所示，一個(gè) 3*3 的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有 9 個(gè)按鍵的鍵盤。 R R R+5 圖 (a) 圖 (b) 圖 鍵盤結(jié)構(gòu) 因?yàn)楠?dú)立式按鍵接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，適用于按鍵較少的場合。 顯示 器及 接口芯片選 型 單片機(jī)系統(tǒng)中常用的顯示器有：發(fā)光二極管 LED 顯示器、液晶 LCD 顯示器、 CRT顯示器等。 因?yàn)?本系統(tǒng)只需要顯示軟啟動(dòng)的時(shí)間和電壓值，所以 最終選擇LED 數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)值 。 方案一： 8279 為 INTEL 公司生產(chǎn)的一種通用可 編程序的鍵盤 /顯示器接口芯片，其內(nèi)部設(shè)有容量為 16*8 位顯示數(shù)據(jù)的 RAM。但我們同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，由于其功能相對比較強(qiáng)大，將會造成外圍設(shè)備與操作過程復(fù)雜化，同時(shí)價(jià)格比較貴。但是，由片內(nèi)震蕩器經(jīng)過四分頻的信號，經(jīng)位譯碼后只能提供 4 個(gè)位控信號，使信號的采集受到限制；并且， MC19944 的價(jià)格偏 高，也不經(jīng)濟(jì)。并且 CD4511 占用資源少，不需復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路 ，價(jià)格 也 適中。 D/A 轉(zhuǎn)換芯片的選型 方案一： DAC0832 是 8 位分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片， 與微處理器完全兼容。 DAC0832 為電流型輸出， 應(yīng)用時(shí)需外接運(yùn) 算放大器使之成為電壓型輸出，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為 1us,工作電壓為 +5v+15v 因此在單片機(jī)控制 中得到了廣泛的應(yīng)用。帶有上電復(fù)位功能，即把 DAC 寄存器復(fù)位至全零。 DAC0832 串行接口數(shù)模轉(zhuǎn)換器 ， 引腳多，體積大，占用單片機(jī)的口線多 。 報(bào)警和工作狀態(tài)指示燈選擇 報(bào)警單元我們選用常用的普通蜂鳴器即可，工作狀態(tài)指示燈選用 發(fā)光二極管 。 數(shù)字軟啟動(dòng)的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 3 硬件設(shè)計(jì) 關(guān)于 STC12C5410AD STC12C5410AD 是深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含有可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ EEPROM）和 512bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 FLASH存儲單元，功能強(qiáng)大 STC12C5410AD 單片機(jī)適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。 圖 STC12C5410AD 管腳圖 具體特點(diǎn)如下： （ 1）增強(qiáng)型 8051 CPU， 1T，單時(shí)鐘 / 機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 （ 2）工作電壓， STC12C5410AD 系列工作電壓： ～ （ 5V 單 片機(jī)）/ ～ （ 3V 單片機(jī)） （ 3）工作頻率范圍： 0 ～ 35 MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 率可達(dá) 48MHz （ 4）用戶應(yīng)用程序空間 12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K / 1K 字節(jié) （ 5）片上集成 512 字節(jié) RAM(STC12C5410AD 系列 ), STC12C2052AD 系列單.12RST3RxD/4TxD/5XTAL26XTAL17INT0/8INT1/9ECI/T0/10PWM1/PCA1/CEX1/T1/11PWM3/PCA3/CEX3/1213GND1415161718192021222324252627VCC28數(shù)字軟啟動(dòng)的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 片機(jī)為 256 字節(jié) RAM （ 6）通用 I/O 口（ 27/23/15 個(gè)），復(fù)位后為： 準(zhǔn)雙向口 / 弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口），可設(shè)置成四種模 式：準(zhǔn)雙向口 / 弱上拉，推挽 / 強(qiáng)上拉，僅為輸入 / 高阻，開漏。 STC12C2052AD 系列只有 8 位精度 （ 16）通用全雙工異步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，也可再用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多串口 （ 17） SPI 同步通信口，主模式 / 從模式 （ 18）工作溫度范圍： 0～ 75℃ / 40～ +85℃ （ 19）封裝： PLCC32, PDIP28， SOP28， PDIP20， SOP20， TSSOP20(超小數(shù)字軟啟動(dòng)的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 封狀 ， )， PLCC32 有 27個(gè) I/O 口， PDIP28/SOP28 有 23 個(gè) I/O 口，PDIP20/SOP20/TSSOP20 有 15 個(gè) I/O 口， I/O 口不夠時(shí)，可用 74HC595 / 74HC165 串行擴(kuò)展 I/O 口，或用雙 CPU,三線通信，還多了串口。 5V 電源主要給單片機(jī)供電， 12V 給 電壓跟隨器供電 。 穩(wěn)壓電路有兩種方式，即線性穩(wěn)壓和開關(guān)穩(wěn)壓。開關(guān)穩(wěn)壓的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。由于 EMI 信號既占有很寬的頻率范田，又有一定的幅度，經(jīng)傳導(dǎo)和輻射會污染電磁環(huán)境，會對通信設(shè)備和電子儀器造成干擾。而單片機(jī)為一個(gè)敏感元件，外界干擾對它的性能有很大影響。 此電源電路首先把 220V 交流電用變壓器變換成輸出電壓 11V,輸出電流 15OmA左右的交流電，再通過整流橋進(jìn)行全波整流得到直流電，此電源給需 要 12V 電壓的器件供電，且此直流電壓是線性串聯(lián)穩(wěn)壓器 7805 的輸入。TO3(金封大功率 )， 25W (5A)。其電路圖如圖 所示。輸出端并接的 470uF 極性電容主要為穩(wěn)壓電源提供瞬間的脈沖響應(yīng)電流輸出，并聯(lián)的 104 電容也是抑制高頻干擾的作用。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠的復(fù)位 ，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使 RST 引腳保持 10ms 以上的高電平。 根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵 S5 后松開，也能使 RST 為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作，由于調(diào)試的需要，我們設(shè)計(jì)了開關(guān)復(fù)位組合電路如圖 所示。 圖 是 按鍵與單片機(jī)的接口電路。 圖 鍵盤與單片機(jī)接口 程序執(zhí)行后工作指示燈 LED 閃動(dòng)， 蜂鳴器連續(xù)發(fā)生三次， 表示程序開始執(zhí)行，同時(shí) 四位 七段顯示器 開始顯示數(shù)值 ， ， 按下操作鍵 S1S4 動(dòng)作如下： 操作鍵 S1：加一按鍵； 操作鍵 S2：減一按鍵； 操作鍵 S3：移位按鍵； 操作鍵 S4：啟動(dòng) /停止設(shè)置，設(shè)為啟動(dòng) /停止是時(shí) ， 蜂鳴器發(fā)聲三次。 CD4511 管腳配置如圖 所示 ， 下面對 其 作一下 簡要 介紹。 LE —— 鎖存允許端。 LT 和 BI 一般接高電平。如圖 所示是顯示模塊與單片機(jī)的接口電路。 TLC5615 主要特點(diǎn) a. 10 位 CMOS 電壓輸出； b. 5V 單電源供電； c. 與 CPU 三線串行接口； d. 最大輸出電壓可達(dá)基準(zhǔn)電壓的二倍； e. 輸出電壓具有和基準(zhǔn)電壓相同極性； f. 建立時(shí)間 ； g. 內(nèi)部上電復(fù)位； h. 低功耗，最大僅 。 圖 TLC5615引腳排列圖 引腳功能說明如下： 引 腳 1 DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端 ； 引 腳 2 SCLK：串行時(shí)鐘輸入端； 引 腳 3 CS：芯片選用通端，低電平有效； 引 腳 4 DOUT：用于級聯(lián)時(shí)的串行數(shù)據(jù)輸出端； 引 腳 5 AGND：模擬地； 引 腳 6 REFIN：基準(zhǔn)電壓輸入端； 引 腳 7 OUT：串行數(shù)據(jù)輸出端 引 腳 8 VDD：電源接口 TLC5615 的時(shí)序分析 TLC5615 的 工作 時(shí)序如圖 所示。輸入時(shí) SCLK 的上升沿把串行輸入數(shù)字軟啟動(dòng)的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 數(shù)據(jù) DIN 移入內(nèi)部的 16 位移位寄存器， SCLK 的下降沿輸出串行數(shù)據(jù) DOUT，片選CS 的上升沿把數(shù)據(jù)傳送至 DAC 寄存器。由此要想串行輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)必須滿足兩個(gè) 條件：第一 ， 時(shí)鐘 SCLK 有效跳變；第二 ， 片選 CS 為低電平。 TLC5615 的輸入 /輸出關(guān)系 圖 的 D/A 輸入 /輸出關(guān)系圖表 所示。如不使用級聯(lián)方式， DIN 只需輸入 12 位數(shù)據(jù)。如果使用 TLC5615的級聯(lián)功能，來自 DOUT 的數(shù)據(jù)需要輸入 16 位時(shí)鐘下降沿，因此完成一次數(shù)據(jù)輸入需要 16 個(gè)時(shí)鐘周期，輸入的數(shù)據(jù)也應(yīng)為 16 位。 在本系統(tǒng)中我們沒有級聯(lián)電路，所以每轉(zhuǎn)換一次只需傳遞 12 位數(shù)字。在電路中， STC12C5410AD 單片機(jī)的 ～ 分別控制 TLC5615 的片選 CS，串行時(shí)鐘輸入 SCLK 和串行數(shù)據(jù)輸入 DIN。 P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2D I NS C L KC SS T C 1 2 C 5 4 1 0 A D T L C 5 6 1 5 圖