电机软启动器设计

电机软启动器设计 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 电机软启动器设计 摘要:软启动器以体积小，转矩可以调节、启动平稳冲击小并具有软停机功能等优点得到了越来越多的应用，大有取代传统的启动器的趋势。它一般采用16位单片机进行智能化控制，既能保证电动机在负载要求的启动特性下平滑启动，又能降低对电网的冲击，同时还能直接与计算机实现网络通讯控制，为自动化智能控制打下良好基础。因此，他的面世具有电动机启动技术划时代的意义。 常见的软启动器主要有电子式、磁控式和自动液体电阻式等类型。晶闸管式软启动器是串接在电源与电动机之间的三组正反向并联的晶闸管，通过微电脑控制触发导通角实现交流调压。 本文将以晶闸管式软启动器为主要研究对象，采用三相双向晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。软启动器启动电动机时，通过单片机控制系统控制三相双向晶闸管的导通角，使其达到平稳启动电动机的目的。同时，实现一些基本保护功能，如断相保护，过载保护，三相不平衡保护。 关键词:软启动器 电动机 MCS-51单片机 1 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 目 录 摘 要…………………………………………………………………………….……1 目 录…………………………………………………………………………….……21 绪 论……………………………………………………………..………….……4 1.1 电动机的启动问题…………………………………………………………….….4 1.2 软启动的方式…………………………………………………………………..….5 1.2.1液阻软启动……………………………………………………………….….5 1.2.2磁控软启动………………………… ……………………………….………6 1.2.3晶闸管软启动………………………………………………………………..6 1.3.异步电动机软起动器的研究现状和发展趋势………………………...…………7 1.3.1国外软启动技术的发展现状......................................................................7 1.3.2国内软启动技术的发展现状…………………………………………………8 1.4几种常见软启动器………………………………………………………….………8 2 异步电动机的启动方法及总体设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ……..……………………………….…9 2.1直接启动…………………………………………………………………………...10 2.2减压启动…………………………………………………………………………...10 2.3软启动………………………………………………………………………….…..12 2.4课题的研究目标及总体设计方案…………………………………………..….…13 2.4.1研究目标…………………………………………………………….….……13 2.4.2总体设计方案…………………………………………………………….….14 3 硬件设计………………………………..……………………………………….....15 3.1 电路设计………………………………………………………….........................15 3.1.1组成框图…………………………………………………………….………..15 3.1.2主电路设计.………………………………………………………….…..…..15 3.1.3控制电路设计….…………………………………………………….….…...16 3.2 设计功能及原理概述…………………………………………………….…..…...20 3.2.1 设计功能…………………………………………………………………....20 3.2.2 原理概述…………………………………………………………….…..…..21 3.3 主要元件介绍…………………………………………………………….…….....21 3.3.1 主电路元件介绍………………………………………………….……..…..21 2 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 3.3.2 控制电路元件介绍………………………………………………………..24 3.4 参数选择………………………………………………………………………...31 3.4.1 主电路参数选择…………………………………………………………..31 3.4.2 驱动电路参数选择………………………………………………………..32 4 系统软件流程图…………..……………………………………………………..32 4.1 保护功能子程序…………………………………………………………………33 4.2 显示报警子程序…………………………………………………………….…...34 4.3 晶闸管触发子程序……………………………………………………….………36 5 总 结………………..…………………………………………………..………..37 致 谢………………………………………………………………………...………..38 参考文献………………………………………………………………………………..39 3 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 1、绪 论 1.1引言 1.1.1电动机的起动问题 电机是现代工农业生产和交通运输的重要 设备，与电机配套的控制设备的性能已经成为用户关注的焦点。电机的控制包括电机的起动、调速和制动。异步动机由于具有结构简单、体积小、价格低廉、运行可靠、维修方便、运行效率较高、工作特性较好等优点，因而在电力拖动平台上等到了广泛应用。据统计，其耗电量约占全国发电量的40%左右。当电机并入电网时，电机转速从静止加速到额定转速的过程称为电机的起动过程。异步电动机的起动性能最重要的是起动电流和起动转矩。因此在电机的起动过程中，如何降低起动电流，增大起动转矩，一直是机电行业的专家们探讨的重要课题。 三相异步电机是一种反电势负载，即以反电势来平衡外加电压。电机在起动开始时反电势为零，冲击电流很大。当电机容量较大时，冲击电流会对电网及其负载造成干扰，严重时甚至危害电网的安全运行;起动电流过大时将使电机本身受到过大电磁力的冲击，频繁起动，绕组会过称。同时，由于藻动应力较大，使得负载使用寿命降低。 目前最常见的是直接起动方式，就是用闸刀开关或者接触器把电机的定子绕组直接接到电网上。这种方式的优点是操作和起动设备简单，缺点是起动电流很大。一般鼠笼式异步电机直接起动的电流是额定电流的4-7倍，某些国产电机甚至可达8-12倍，起动转矩是额定转矩的1-2倍。按国家标准GB755-65规定，三相感应电机的最大转矩至少不低于1.6倍的额定转矩，当电网电压降低15%时，仍有1.6*0.85TN=1.156TN ，使接在同一电网的其它电机不致停转.因此，直接起动通常只限于起动时在电网中引起的电压降落不超过10%-15%(对于经常起动的电机取10%,对于不经常起动的电机取15%)的场合。同时，直接起动方法的应用还受到电网容量的限制。若电网容量不够大，则电机的起动电流可能使得电网电压显著下降，影响接在同一电网的其它电机和电气设备的正常运行。 为了解决直接起动带来的一系列问题，人们采用了各种降压起动的技术，目前应用较为普遍的有自藕变压器起动、串电阻或串电抗起动、Y-?起动和延边三角形起动 4 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 等方法。这些传统降压起动方法在很大程度上缓解了大容量电机在相对较小容量电网上起动时的矛盾，但它们只是缩短了大电流冲击的时间，并没有从本质上解决问题。而且这些起动设备还存在一些固有的缺点:如对负载的适应能力差、起动电流不连续、触点继电器控制、维修工作量大以及浪费能源等等问题随着自动化、机械化要求日益提高，这些矛盾变得更加突出。 为了使电机能够迅速达到额定转速正常工作，要求电机具有足够大的起动转矩且起动电流不能太大。因此，总是希望在起动电流较小的情况下，能获得较大的起动转矩。近三十年来，随着电力电子技术的发展，使无电弧开关和连续调节电流成为可能。电力半导体器件的开关功能实际上无磨损、寿命长、功耗小，加之微机控制技术，现代控制理论与电力电子技术的紧密结合，为电机的起动节能供了全新的思路。从而出现了电机软起动技术。软起动技术具有传统起动方法无法比拟的优势。 1.2软起动的方式 软起动可分为有级和无级两类，前者的调节是分档的，后者的调节是连续的。在电动机定子回路，通过串入限流作用的电力器件实现软起动，叫做降压或者限流软起动。它是软起动中的一个重要类别。按限流器件不同可分为:以电解液限流的液阻软起动;以磁饱和电抗器为限流器件的磁控软起动;以晶闸管为限流器件的晶闸管软起动. 1.2.1 液阻软起动 液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电。液阻有两个特点:一是它的阻值正比于相对的二块电极板的距离，反比于电解液的电导率，极板距离和电导率都便于控制;二是液阻的热容量大。液阻的这两大特点恰恰是软起动所需要的。加上另一个十分重要的优势即低成本使液阻软起动得到广泛的应用。 液阻软起动也有缺点，一是液阻箱容积大，其根源在于阻性限流，减小容积引起温升加大。一次软起动后电解液通常会有10?-30?的温升，使软起动的重复性差。二是移动极板需要有一套伺服机构，它的移动速度较慢，难以实现起动方式的多样化。三是液阻软起动需要维护，液箱中的水，需要定期补充。电极板长期浸泡于电解液中，表面会有一定的锈蚀，需要作表面处理。四是液阻软起动装置不适合子置放在易结冰或颠簸的现场。 5 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 近年出现热变液阻软起动装置，通过液阻本身在软起动过程中的温升，借助电解液电导率与温度的正相关性实现无极板伺服机构的软起动。但是，其可行性大可质疑:它的限流器件不具备限流能力易控性，装置对使用环境温度要求高，软起动重复性差。 液阻软起动装置可以串在绕线电动机转子回路实现童载软起动，售价低廉，在软起动过程中不产生高次谐波等等，则是它突出的优点。 1.2.2 磁控软起动 磁控软起动是从电抗器软起动衍生出来的。用三相电抗器串在电动机定子实现降压是两者的共同点。磁饱和软起动不同于电抗器软起动的主要点是其限流作用可控。总体说来，起动开始时限流作用较强，在软起动过程中逐渐减弱。电抗器在起动完成后被旁路。 限流作用的强弱变化是通过控制直流励磁电流，改变铁芯的饱和度实现的所以叫做磁控软起动。因为磁饱和电抗器的输出功率比控制功率大几十倍，它也可以称为“磁放大器”。磁饱和电抗器有三对交流绕组和三相共有的一个直流励磁绕组。在交流绕组里流过的是电动机定子电流，它必然会在直流励磁绕组上感应出电势。后者会影响励磁回路的运行。不是用一个，而是用一对交流绕阻的主要原因就是为了抵消这种影响。 显然 ,限流作用的强弱调节是静止的、无接触的、非机械式的。所以，在工作原理上磁控软起动与晶闸管软起动是完全相同的。高压磁饱和电抗器在原理和结构上与低压磁饱和电抗器没有本质区别，只是在某些方面需要采取一些特殊处理罢了。磁饱和电抗器具有0.1秒量级的惯性，这使磁控软起动的快速性比晶闸管软起动慢一个数量级。对于电动机系统的大惯性来说，磁控软起动的惯性是很小的。有人说磁控软起动不产生高次谐波。这是错误的。只要饱和，就一定会有非线性，就一定会引起离次谐波。只是磁饱和电抗器产生的高次谐波会比工作于斩波状态的晶闸管要小一些。磁控软起动装置需要有相对较大功率的辅助电源，噪声较大则是其不足之处。 1.2.3 晶闸管软起动 晶闸管软起动产品问世不过30年左右的时间。它是当今电力电子器件长足进步的 结果。10年前，电气 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 界就有人指出，晶闸管软起动将引发软起动行业的一场革命。目前在低压(380伏)范围内，晶闸首软起动产品价格己经下降到液阻软起动的大约2倍。而其主要性能却优于液阻软起动。与液阻软起动相比，它的体积小、结构紧凑， 6 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 维护量小，功能齐全，菜单丰富，起动重复性好，保护周全，这些都是液阻软起动无法比拟的。 但是晶闸管软起动产品也有缺点。一是高压产品的价格太高，是液阻软起动产品的5-10倍，二是晶闸管引起的高次谐波较严重。 1.3 异步电动机软起动器的研究现状和发展趋势 软起动器是一种用于控制鼠笼式异步电动机的新设备，集电机软起动、软停车、轻载节能且多种保护功能于一体的新型电机控制装置。电动机软起动器一般以大功率双向晶闸管构成三相交流调压电路。通过控制晶闸管的触发角，调节晶闸管调压电路的输出电压，实现电动机的无触点降压软起动、软停车和轻载节能的目的。软起动器起动是一项近代发展最快的新技术，可调起动电流，又可调起动转矩、软停车等功能，在保护传动系统不受磨损、维护电网质量方面有突出的表现，是一种理想的起动方式。其主回路采用过载能力很强的晶闸管作为相控元件，通过调节晶闸管的导通角方式降压起动。在参数设定中，有起动电压设定、起动时间、起动电流设定和停车曲线时间的设定，以及起动电流超限选择。与传统的Y-?、自藕变压器、串电抗起动相比，无论从功能、性能、负载适应能力、接线、维护及可靠性方面均有其优势。 软起动器己广泛应用在石油、化工、冶金、电力、建材等领域，取得了显著的经济效益。原则上，异步电动机软起动器凡不需要调速的各种应用场合都可适用目前的应用范围是交流380V(或660V)，电机功率从几千瓦到800kW。软起动器特别适用于各种泵类负载或风机类负载。另外，对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于重载场合，应用软起动器(不带旁路接触器)则具有轻载节能的效果。 1.3.1 国外软起动技术的发展现状 电力电子软起动的出现是随着晶闸管的出现而发展起来的。最早采用晶闸管三相交流调压电路对电动机软起动的应用出现在1970年，采用这种方法可以获得很好的起动性能，所以一开始就引起人们广泛的注意。三十多年来，国外对晶闸管三相交流调压电路进行了广泛的研究，在工业应用领域得到广泛的应用。在某些领域应用显示出独特的技术优势。如美国AB公司、英国CT公司、法国TE公司、德国AEG公司、瑞士ABB公司等均推出了软起动器系列产品。 目前在国外，晶闸管三相交流调压起动技术的研究已从对通过控制电机电流的开环，闭环方式，发展到通过建立比较准确实用的数学模型‘找到适于三相交流调压电 7 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 路电机负载的控制方法，从而便三相交流调压电路电机负载性能更好。如降压变频调速中的矢量控制和磁场定向控制的引入，创立软起动技术的转矩控制等等。 国外软起动的主要产品是固态软起动装置，即晶闸管软起动器和兼作软起动的变频器。在生产工艺需要调速要求时，当然采用变频装置，在没有调速要求的场合，轻载起动采用晶闸管软起动，负载功率比较大或重载的场合采用变频软起动，晶闸管软起动装置是发达国家的主流产品。 1.3.2 国内软起动技术的发展现状 我国的软起动技术起步于80年代初期，现己推出JKB型软起动器和JQ,JQZ型固态节能起动器等产品。JQ型用于轻负载起动，JQZ型用于重载起动，最大的控制功率可以达到800KW。虽然取得了一些成绩，但由于国内自行开发和生产的能力相对较弱，对国外产品的依赖还很严重。从总体上着，我国软起动技术与国际先进尚有差距。主要表现在以下几个方面: (1) 软起动器的整机技术落后，国内虽有很多单位投入了一定人力，物力，但由于分散 ，并没有形成一定的技术和生产规模。 (2) 软起动器产品所用的半导体功率器件的制造业规模较小。 (3) 相关配套产业及行业落后。 (4) 产销量少,可靠性及工艺水平不高。 作为强弱电结合的软起动是机电一体的综合性技术，既要处理巨大的电能转换，又要处理信息的搜集、变换和传输。因此其技术研究也会在两个方向进行。可以预见，未来的软起动器将沿着以下方向发展: (1) 提高起动转矩。采用分级变频起动，使电机低速起动时，起动电流小，起动转 矩大，可以在满负荷的情况下实现软起动。 (2) 实现高水平的控制，向智能化的方向发展。 (3) 起动器将向中压电机软起动方向发展. (4) 向小型化方向发展。 1.4几种常见软启动器 a(集电JLC软启动器 JLC系列交流电动机控制装置，属上海集电电力电子技术发展有限公司产品，简 8 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 称集电JLC电动机软启动器。 JLC电动机软启动器，主电路为无触点，控制电路采用美国ENERPRO公司的软启动技术，并使用ENERPRO原装主板组成的JD-16组件。该产品为具有20世纪90年代国际先进水平的高科技产品。JLC电动机软启动器为双板结构，由软启动器控制板和主触发板共同完成启动。它是以电压作为调节对象的，提供具有电动机电压反馈的单斜坡或双斜坡加速电压，启动十分平稳，操作特别简单。输出电压按指定要求上升，使被控电动机电压由零按指定斜率上升到全电压，转速相应的由零加速至额定转速。 JLC电动机软启动器设有节能功能，并设有断相，过电流，晶闸管超温保护功能。 b(电力WJR电动机软启动器 电力WJR电动机软启动器是齐齐哈尔电力半导体器件厂的产品。它采用限流软启动方式，并利用单片机控制技术实现电动机软启动，电动机起动电流可在1.5~4倍额定电流范围内设定。根据电动机的负载情况，调整起动电流倍数，可以使电动机连续平滑启动，从而避免了电动机启动时所产生的电流冲击。 电力WJR电动机软启动器，基于单片机技术，通过其内置的专业优化软件动态调整电动机运行过程中的电压和电流。它具备完整的软启动和软停车功能，且具有断相，过电流，过载，三相不平衡，晶闸管过热等多项保护功能。并有故障状态输出和运行状态输出可以用来控制其它连锁的设备。WJR电动机软启动器可智能的检测到电动机运行过程中出现的故障，运行状态及故障状态均由面板上的LED显示。 c(西普STR电动机软启动器 STR数字式软启动器，是西普电力电子有限公司产品，它是采用电力电子技术、微处理技术及现代控制理论设计生产的，具有先进水平的新型节能产品。 其特点是: (1)降低电动机启动电流、降低配电容量，避免增容投资。 (2)降低启动机械应力，延长电动机和相应设备的使用寿命。 (3)启动参数可视负载调整，以达到最佳启动效果。 (4)特有的外控端子，可实现异地控制或自动控制。 (5)高度集成的微处理控制系统，性能可靠 2. 异步电动机的起动方法及总体设计方案 9 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 异步电动机有直接起动、减压起动和软起动。 2.1 直接起动 直接起动，也叫全压起动。起动时通过一些直接起动设备，将全部电源电压(即全 压)直接加到异步电动机的定子绕组，使电动机在额定电压下进行起动。一般情况下， 直接起动时起动电流为额定电流的4-7倍，起动转矩为额定转矩的1-2倍。根据对国产 电动机实际测量，某些笼型异步电动机起动电流甚至可达8-12倍。 直接起动的起动线路是最简单的。然而这种起动方法有许多不足。 对于需要频繁起动的电动机，过大的起动电流将造成电动机的发热，影响电动机的寿命;同时电动机绕组在电动力的作用下，会发生变形，可能引起短路，进而烧毁电动机;另外过大的起动电流，会使线路压降增大，造成电网电压的显著下降，从而影响同一电网的其他设备的正常工作，有时甚至使它们停下来或无法带负载起动。这是因为Tst及Tm均与电网电压的平方成正比，电网电压的显著下降，可使Tst及Tm均下降到低于Tz。一般规定，异步电动机的功率低于7.5KW时允许直接起动。而如果功率大于7.5KW则一般采用减压起动。 2.2 减压起动 减压起动是在起动时先降低定子绕组上的电压，起动后，再把电压恢复到额定值。 减压起动虽然可以减小起动电流，但是起动转矩也会同时减小。因此，减压起动方法一般只适用于轻载或空载情况下起动。减压起动的具体方法很多，这里介绍下列两种常用的减压起动方法。 a. 星,三角启动器 星,三角启动器是一个较早的解决办法。在启动过程中，电网的相位接头和中性接头之间，电动机定子绕组与启动器进行星型连接，从而可以降低电动机电压，及至降低电流;一旦克服主惯量之后，电动机定子绕组在电网相位接头之间的连接就呈三角形，以获得满电压和功率。然而，这种启动器不能从根本上消除机械和电气瞬变现象，只能使其稍微减弱，使他们穿过时间轴上的两个点——从随后的星,三角切换至原点。星,三角启动法只适用于正常工况，在其它工况下，从星形到三角形之间的切换有时候比直接在线启动情况还要糟糕。因此，星,三角启动器对于该问题来说只能算是一个粗浅而有限的解决办法。 10 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 图2-1星-角启动原理图 b. 自藕变压器降压启动 自耦变压器是一种单圈式变压器，一、二次侧共同用一个绕组绕制，其变压比是固定的。启动时，开关S2投向启动一边，电动机的定子绕组通过自耦变压器接到三相电源上，属降压启动。当转速升高到一定程度后，开关S2投向运行一边，自耦变压器被切除，电动机定子直接接在电源上，电动机处于工作状态。 自耦变压器降压启动有几种抽头供选用，比星-角启动灵活。但是自耦变压器体积大，价格高，也不能带动重负载启动。 11 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 图2-2 自藕变压器降压启动原理 2.3 软启动 软启动器于20世纪70年代末到80年代初投入市场，它与频率转换器相似，同样以电子和可控硅为基础。可以这样说，它填补了星,三角启动器和频率转换器在功能实用性和价格之间的鸿沟。采用软启动器，可以控制电动机的电压，使其在启动过程中逐渐地升高，很自然地限制启动电流。这就意味着电动机可以平稳地启动，机械和电应力也降至最小;该装置还有一种附带的功能，即可用来“软”停机。 由于该启动器采用电子式电路，可以相对比较容易地通过安全和事故指示灯增强其基本功能，改善电动机的保护，简化故障查找，如失相、过电流和超高温保护，以及正常运行、电动机满电压和某些故障指示。象斜坡电压和初始电压等所有设定值都可以很容易地在启动器面板上设定。 另外，软启动器除了完全能够满足电动机平稳启动这一基本要求外，还具有很多优点，比如可靠性高、维护量小、电动机保护良好以及参数设置简单。 软启动器与传统启动器的比较:电机起动分为直接起动和软起动。直接起动为全压起动，所用设备简单，投资少，但启动电流大，在配电系统产生较大压降，影响同母线连接设备运行，尤其是起动转矩过大对电机及传动机械产生巨大的冲击，加速电机的老化及机械的损坏。软启动能抑制电动机起动电流，在限定时间内将它驱动到额定转速，并在必要情况下多次连续起动。该过程兼有若干保护功能，当短路、过载、起动超时、欠电压、系统异常等故障时，软启动装置能做出相应防护并发出警示信号。 直接起动，起动方法简单，但交流异步电机的起动电流大，一般为电机额定电流的4~7倍，国产电机实际值常为7~10倍甚至更大，过大的起动电流导致线路产生较大的压降，影响电网上其它设备的正常运行，国标要求是直接起动的起动电流在电网 12 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 中引起的电压降不超过电网额定电压的10%(频繁起动)或15%(不频繁起动)就允许直接起动。 传统的观点认为如果满足直接起动条件，就尽量采用直接起动，但是在实际工程中还应综合考虑负载场合等因素。如对中大容量电机的传动系统，直接起动时很大的突跳转矩冲击使轴承、齿轮磨损加重甚至损坏，减速箱故障率高，皮带磨损加重甚至经常拉断，同时过大的机械冲击大大降低机械设备的寿命，很大的冲击电流导致电机绕组绝缘老化，电器设备寿命下降，设备维护率高，从而严重影响生产。 而传统的降压起动方式如星三角降压起动、自耦降压起动、定子串电抗(电阻)降压起动及磁控降压起动等虽然都能降低起动电流，但仍都存在很大的2次起动冲击电流(有时高达6I以上)，不能根本解决直接起动存在的问题。所以一般地工业生e 产中55KW~90KW以上的电机在经济条件允许的情况下尽量采用软起动方式，长远地考虑采用软起动带来的综合经济效益是难以量化的。 软启动过程以计算机为工具，利用软件，通过建立输入电动机、电网和负载数学模型，根据选定控制策略作出离线模拟。其中电子式感应电机软启动，选用微处理器和晶闸管电子元件组成启动器控制。 启动器开启时，微处理器发出脉冲加到晶闸管触发极上，控制晶闸管导通角，使晶闸管输出电流电压大小受触发脉冲宽度来决定。缓慢调节微处理器，控制晶闸管输出电压由零缓慢升至全压，此时电动机转速也由零升至额定转速。在发出停机指令后，微处理器监测电压电流和电动机反馈信号，晶闸管可使输出电压按一定要求下降，使电动机由全压逐渐降为零而实现软停止。 实际应用中，软启动具有如下优点:?起动电流小，通过调节起动转矩实现低速起动，频繁起动和软停止。?在起停时过渡自然，不易伤害设备，节电效果良好。?当多台同容量水泵工作，可采用一台电子式软启动器，操作方便。?软启动离线仿真研究可以预知在硬起动过程中电机转速、电流、线电压和其它机械特性，对产品设计和用户使用有重要指导作用。 (4课题的研究目标及总体设计方案 2 2.4.1 研究目标 分析比较上述几种常见启动方式，结合所学知识，设计软启动器，使其达到以下要求: 一 使电动机在负载要求下平滑启动。 二 使电动机具有软停车功能。 三 改善电动机启动时对电网的影响。 13 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 四 实现一些保护功能，如断相，过载，三相不平衡保护。 2.4.2 总体设计方案 采用三相双向晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。软启动器启动电动机时，通过单片机控制三相双向晶闸管的导通角，使输出电压由零缓慢升至全压，此时电动机转速也由零升至额定转速。同时，软启动器还具有软停车功能，晶闸管控制输出电压按一定要求下降，使电动机由全压逐渐降为零而实现软停止。 三相电源 三相电动机 三相双向晶闸管 单片机 控制系统 14 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 3、硬件设计 3.1电路设计 3.1.1组成框图 旁路接触器 三相电源 三相双向 电动机 晶闸管 电电触 压流发 同信脉 步 号 冲 控制系统 外部信号 电源 状态，故障指示 3.1.2主电路设计 主电路如图所示，其核心部分是三组正反向并联的晶闸管，将其接入电源和电动机定子之间，通过单片机控制三相双向晶闸管的导通角，使输出电压由零缓慢升至全压，此时电动机转速也由零升至额定转速，完成电动机的软启动。 启动过程完成后，电动机处于全电压运行状态，此时旁路接触器KM1闭合，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。 15 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 图3-1 软启动器主电路图 3.1.3 控制电路设计 a.控制面板设计 b.(1)各端子说明: G1,K1,G4,K4------A相晶闸管触发; 16 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 G3,K3,G6,K6------B相晶闸管触发; G2,K2,G5,K5------C相晶闸管触发。 AL1,AL2----------A相互感器二次信号输入; BL1,BL2----------B相互感器二次信号输入; CL1,CL2----------C相互感器二次信号输入。 ERROR------------故障时端子断开。 RUN--------------启动完成时旁路接触器KM1闭合。 START，COM-------启动按钮(常开) STOP,COM---------停止按钮(常闭) (2)指示灯说明: 运行指示:绿色，亮表示旁路接触器闭合，电机全压运行。 断相指示:红色，亮表示任意一相电流消失。 过载指示:红色，亮表示负载过大，启动电流过大。 三相不平衡指示:红色，亮表示任意两相电流值相差大于25%。 G1 +ERROR KM K1 -ERROR G2 +RUN KM1 ?(运行指示) K2 -RUN ?(断相指示) COM 常闭按钮 常开 ?(过载指示) G3 按钮 ?(三相不平K3 STOP 衡指示) G4 K4 START G5 K5 G6 AL1 K6 AL2 BL1 BL2 CL1 电源 CL2 +? -? 图3-2 控制面板设计图 17 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 b.驱动电路设计 (1)晶闸管触发电路设计 图3-3 晶闸管触发电路图 其中:V1，V2为脉冲放大环节; TM为脉冲变压器; VD2为稳压二极管; R3为限流电阻。 六个晶闸管分别接单片机的P2.0—P2.5口。 (2)指示灯驱动电路设计 图3-4指示灯驱动电路图 其中:7407为同相驱动器; 18 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 VD为发光二极管; R为限流电阻 四个发光二极管依次为:运行指示，断相指示，过载指示，三相不平衡指示;分别接单片机的P1.0—P1.3口; (3)交流接触器驱动电路设计 图3-5 交流接触器驱动电路图 其中:KS为双向晶闸管，用于驱动交流接触器KM1; 光电耦合器，用于触发双向晶闸管KS。 3.2 设计功能及原理描述 3.2.1 设计功能 a. 功能概述 根据所设定的软起动或软停止方式及参数，控制晶闸管的触发角度变化，改变电动机进线电压，实现电动机的软起动或软停止。同时全程监测电动机电流，实现对电动机的多种保护。 b.实现功能 (1) 软启动 启动方式:斜坡电压起动 a. 检测到起动信号，且旁路接触器断开; b. 由设定的起始电压计算出触发角度，发出晶闸管触发脉冲; 19 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 c. 按设定的起动时间，逐步移动触发角度，增大电机电压; d. 晶闸管触发角达到0度，即电机电压达到全压，起动完成触点闭合，使旁路 接触器闭合; e. 检测到旁路接触器闭合信号，停止发触发信号，晶闸管全部关断，亮“运行” 指示灯，起动完成。 U 全压 起始电压 t 起动完成 软启动完成后，电动机处于全电压运行状态，运行继电器(RUN)吸合，控制旁路接触器动作，电动机切换到接触器(KM1)状态下运行。 (2) 软停止 a. 检测到停止信号，且旁路接触器闭合; b. 按触发角度0度发出触发脉冲，晶闸管全部开通; c. 熄“运行”指示灯; d. 起动完成触点断开，使旁路接触器断开; e. 检测到旁路接触器断开后，按设定的停止时间，逐步增大触发角度，减小电 机电压; f. 晶闸管触发角达到150度，即电机电压为0，停止发触发信号，晶闸管全部 关断，停止完成。 U 全压 停止开始 停止完成 t 20 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 (3) 保护功能 1) 断相保护:当任意一相电流消失后，保护电路动作，断相指示灯亮。 2) 过载保护:包括过载5倍额定电流值、4倍额定电流值、3倍额定电流值、2倍额定电流值、1.5倍额定电流值、1.2倍额定电流值保护。 3) 三相不平衡:当任意两相电流值相差大于25%时，三相不平衡指示灯亮。 在出现以上任意故障保护时，故障继电器吸合，ERROR输出端由常闭转为常开。故障的复位由停止按钮实现。 3.2.2 原理描述 软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。 使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。 3.3主要元件介绍 3.3.1主电路元件介绍 a. 晶闸管 晶闸管是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器。 晶闸管的工作条件: (1) 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。 (2) 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下才导通。 (3) 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。 (4) 晶闸管在导通情况下，当主回路电压(或电流)减小到接近于零时，晶闸管关断。 晶闸管的结构和原理如图所示 21 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 图3-6 晶闸管的原理和结构示意图 b. RC阻容网络 我们知道，晶闸管有一个重要的特性参数-断态电压临界上升率。它表明额定结温和门极断路条件下，使晶闸管从断态转入通态的最低电压上升率。若电压上升率过大，超过了晶闸管的电压上升率的值，则会在无门极信号的情况下开通。 晶闸管处于阻断状态下时，因各层相距很近，其J2结结面相当于一个电容C0，当晶闸管阳极电压变化时，便会有充电电流流过电容C0，并通过J3结，这个电流起了门极触发作用，当晶闸管在关断时，阳极电压上升速度太快，则C0的充电电流越大，就有可能造成门极在没有触发信号的情况下，晶闸管误导通现象，这是不允许的。因此，对加到晶闸管上的阳极电压上升率应有一定限制。 为了限制电流电压上升率过大，确保晶闸管安全运行，常在晶闸管两端并联RC阻容吸收网络，利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率,同时,避免电容 器通过晶闸管放电电流过大，造成过电流而损坏晶闸管。 由于晶闸管过流过压能力很差，如果不采取可靠的保护 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 是不能正常工作的。RC阻容吸收网络就是常用的保护方法之一。 c. 电流互感器 电流互感器是一种电流变换装置。它将高压和低压大电流变成电压较低的小电流供给仪表和继电保护装置并将仪表和保护装置与高压电路隔开。电流互感器的二次侧电流均为5安，这使得测量仪表和继电保护装置使用安全、方便，也使其在制造上可以标准化。 22 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 电流互感器的构造是由铁芯、一次绕组、二次绕组、接线端子及绝缘支撑物等组成。电流互感器的一次绕组的匝数较少，串接在需要测量电流的线路中，流过较大的被测电流，二次绕组的匝数较多， 串接在测量仪表或继电保护回路里。 电流互感器的二次回路不允许开路。电流互感器在工作时，它的二次回路始终是闭合的，但因测量仪表和保护装置的串联绕组的阻抗很小，电流互感器的工作情况接近短路状态，一次电流所产生的磁化力大部分被二次电流所补偿，总磁通密度不大，二次绕组电势也不大。当电流互感器开路时，二次回路阻抗无限大，电流等于零，一次电流完全变成了励磁电流，在二次绕组产生很高的电势，威胁人身安全，造成仪表、保护装置、互感器二次绝缘损坏。 电流互感器二次回路必须接地， 以防止一次绝缘击穿，二次串入高压，威胁人身安全， 损坏设备。 下图为电流互感器接线图 图3-7 电流互感器接线图 d. 交流接触器 交流接触器广泛用作电力的开断和控制电路。 交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。 交流接触器的动作动力来源于交流电磁铁，电磁铁由两个“山”字形的幼硅钢片叠成，其中一个固定，在上面套上线圈，工作电压有多种供选择。为了使磁力稳定，铁芯的吸合面，加上短路环。交流接触器在失电后，依靠弹簧复位。另一半是活动铁芯，构造和固定铁芯一样，用以带动主接点和辅助接点的开短。20安培以上的接触器加有灭弧罩，利用断开电路时产生的电磁力，快速拉断电弧，以保护接点。 23 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 3.3.2 控制电路元件介绍 MCS-51单片机 8051单片机引脚排列如图: 图3-8 8051单片机引脚排列图 下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能。 1. 主电源引脚VCC和VSS。 VCC——(40脚)接+5V电压; VSS——(20脚)接地。 2(外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1(19脚)接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚应接地;对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。 XTAL2(18脚)接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端;对XHMOS，此引脚应悬浮。 3. 控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP ?RST/VPD(9脚)当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与VSS引脚之间连接一个约8.2k的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约10μF的电容，以保证可靠地复位。 24 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围(5?0.5V)内，VPD就向内部RAM提供备用电源。 ?ALE/PROG(30脚):当访问外部存贮器时，ALE(允许地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动(吸收或输出电流)8个LS型的TTL输入电路。 对于EPROM单片机(如8751)，在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲(PROG)。 ?PSEN(29脚):此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令(或常数)期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动(吸收或输出)8个LS型的TTL输入。 ?EA/VPP(引脚):当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC(程序计数器)值超过0FFFH(对851/8751/80C51)或1FFFH(对8052)时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以EA脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。 对于EPROM型的单片机(如8751)，在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21V的编程电源(VPP)。 4. 输入/输出(I/O)引脚P0、P1、P2、P3(共32根) ?P0口(39脚至32脚):是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。 ?P1口(1脚至8脚):是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动(吸收或输出电流)4个LS型的TTL负载。对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。 ?P2口(21脚至28脚):是准双向8位I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间， 25 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 它接收高8位地址。P2可以驱动(吸收或输出电流)4个LS型的TTL负载。 ?P3口(10脚至17脚):是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3能驱动(吸收或输出电流)4个LS型的TTL负载。 作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。 作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。 值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。 P3各口线的第二功能定义 口线 引脚 第二功能 P3.0 10 RXD(串行输入口) P3.1 11 TXD(串行输出口) P3.2 12 INT0(外部中断0) P3.3 13 INT1(外部中断1) P3.4 14 T0(定时器0外部输入) P3.5 15 T1(定时器1外部输入) P3.6 16 WR(外部数据存储器写脉冲) P3.7 17 RD(外部数据存储器读脉冲) 单片机的引脚除了电源、复位、时钟接入，用户I/O口外，其余管脚是为实现系统扩展而设置的。这些引脚构成MCS-51单片机片外三总线结构，即: ?地址总线(AB):地址总线宽为16位，因此，其外部存储器直接寻址为64K字节，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供8位地址(A0至A7);P2口直接提供8位地址(A8至A15)。 ?数据总线(DB):数据总线宽度为8位，由P0提供。 ?控制总线(CB):由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成 A/D转换芯片 从电流互感器送来的电流信号是模拟信号，为了把模拟信号转换成单片机所使用的数字信号，从而进行控制，我们需要加入A/D转换电路。 26 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 A/D转换器种类很多，按工作原理分为:逐位比较型、并行比较型、双积分式、电压频率(V/F)型及计数比较型等。逐位比较型转换速度适中，转换精度从低到高都有，是集成A/D转换器中最普通的形式;并行比较型转换速度快，但精度不高;双积分式抗干扰能力强，精度较高，但转换速度慢;电压频率(V/F)型用于模拟量到脉冲量的转换，精度较高，芯片成本低;计数比较型有中高精度芯片，但转换速度高。 ADC0809是CMOS工艺制造的、采用DIP28封装的逐次逼近型8位A/D转换芯片。片内除A/D转换部分外还有多路模拟开关部分，多路开关最多允许8路模拟量分时输入，共享一个A/D转换器进行转换。ADC0809由8路模拟开关8位A/D转换器、8位转换结果三态输出锁存器及地址锁存译码器等组成。 ADC0809为8位逐次逼近式A/D转换器。其特点是: (1)电路中的多路模拟开关可以选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，并共用一个A/D转换器进行转换，结构简单; (2)有一个地址锁存和译码电路，可以对地址进行锁存和译码; 图3-9 ADC0809管脚图 ADC0809的芯片为28引脚双列直插式封装，引脚排列如图3-9所示。各引脚的功能如下: (1)IN7—IN0:模拟量输入通道。0809对输入模拟量的要求主要有:信号单极性)电压范围0-5V)若输入信号过小还需进行放大。另外，模拟量输入在A/D转换过程中 27 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 其值不应变化，而对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。 2)ADDA)ADDB)ADDC:模拟通道地址线。8路模拟开关的3位地址选通输入端，( 以选择对应的输入通道。 (3)ALE:地址锁存信号。对应于ALE上跳沿，ADDA)ADDB)ADDC地址状态送入地址锁存器中。 (4)START:转换启动信号。在START信号上跳沿，所有内部寄存器清0;在START下跳沿，开始进行A/D转换。在A/D转换期间，START信号应保持低电平。该信号简写为ST。 (5)D7—D0:数据输出通道。该数据输出线为三态缓冲输出方式，可以和单片机的数据总线直接相连。 (6)ENABLE(OE):输出允许信号控制端口。它用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换后的数据。OE=0时输出数据线呈高阻状态;OE=1时输出允许。 (7)CLK:时钟信号。ADC0809的内部设有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，通常使用频率为500KHZ的时钟信号。 (8)EOC:转换结束信号脉冲输出端口。当EOC=0时，表示正在进行转换;当EOC=1时，表示转换结束。 (9)Vcc:+5V电源。 (10)VREF:参考电压。 ADC0809工作过程描述为: ALE高电平时，CPU送出的路地址选择信号ADDA、ADDB和ADDC存入地址锁存器;ALE低电平时，路地址被锁存，经译码器译码选择模拟输入通道。START脉冲的上沿使ADC0809复位，下降沿则启动A/D开始转换。ADC0809转换期间，EOC,0;转换结束时，EOC,1， CPU使OE变为高电平打开三态门输出锁存器，取出ADC0809的转换结果。 A/D转换电路 传感器的电信号必须经过A/D转换器转换成数字量后送入单片机。ADC0809输出8 位二进制数，片内有三态输出锁存器，因此与8位微机的连接比较简单，ADC0809与单片机的接口电路如图3-10所示: 28 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 图3-10 单片机与A/D转换器的连接电路 对于电路中的信号说明如下: (1)输出线的连接:ADC0809的输出部分有三态锁存器，因此其输出数据线能与8051的数据线相连。 (2)控制信号的连接:将A/D转换器作为8051 的一个扩展I/O口，用高位地址线P2.7(结合、RD)选通芯片。模拟输出通道地址的译码输入信号A、B、C，由低位WR 地址线P0.0-P0.2经过锁存器后提供。这样，输入通道IN0-IN7的口地址为FEF8H-FEFFH。 启动信号START由P2.7结合提供。ADC0809的ALE直接与START相连。当WR 8051执行外部RAM写操作时，就能启动A/D转换。输出允许信号ENABLE由P2.7结RD合提供，当8051执行外部RAM读操作时，就能读取A/D转换结果。 (3)时钟和基准电源的连接:图中，A/D的时钟信号借用8051的ALE信号。当MCS51不执行外部数据存储器读/写操作时，ALE的频率为单片机时钟频率的1/6。当单片机的时钟频率为6MHz时，ALE的频率为1MHz，这对ADC0809是允许的。如果外部时钟频率太高，可以进行分频处理。 基准电压接到+5V电源，A/D转换的精度直接受到电源电压变动的影响。当精度要 29 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 求高时，应将基准电压接到高精度稳压电源上。 3.4参数选择 三相电源:每一相电源电压为380V，频率为50Hz。 电动机参数:P=750W，U=380V，I=1.6A，n=1390r/min NNNN 3.4.1 主电路元件参数选择 a.晶闸管参数选择: 380380U=，U=U=242V。 ,，,10%242VDRMRRMDRM 33 取:晶闸管额度电压U=2~3U=500V ; NDRM 额度电流I=1.65=8A，根据常用晶闸管额定电流，选择10A。 ，N 500通态平均电压U==160V ()TAV, 因此，晶闸管 型号 pcr仪的中文说明书矿用离心泵型号大全阀门型号表示含义汽车蓄电池车型适配表汉川数控铣床 选择为KP10-500。 b.交流接触器参数选择 交流接触器常用额定电流等级为5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。常用的额定电压值为220V、380V、660V等。 交流接触器额定电压与电动机相符，为220V;额定电流为8A。 根据接触器常用额定电流等级，选择接触器额定电流为10A。 c.RC阻容网络参数选择 RC常数一般取1—10毫秒。 根据电动机参数，该电动机为小功率负载，通常取2毫秒左右。 因此，R=220W，C=0.01μF。 3.4.2 驱动电路参数选择 a.晶闸管触发电路 根据电动机参数，及常用二极管参数，取VD1=VD2:I=1A，V=50V， ()AVRRM 380,50 则:R3,,,330,1 5本设计晶体管拟采用常见的9013，其I=0.5A，则: R2,,,10,N0.5 ,R1为限流电阻，取R1=R3=330 b.指示灯驱动电路 本设计拟采用发光二极管作为指示灯，需红色光和绿色光两种。根据这两种常用 30 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 发光二极管的额定压降1.8—2.5V，工作电流10—20mA。 5,1.8则其限流电阻范围为: Rmax,,,320,0.01 5,2.5 Rmin,,,250,0.01 c.交流接触器驱动电路 (1)光电耦合器参数选择: Vcc,Vf,Vcs5,0.4,1.6R1,,,200, If0.015 其中，V为电源电压5V，V为发光二极管压降，取1.6V，Vcs为驱动器压降，ccf 取0.4V。 (2)双向晶闸管参数选择: 双向晶闸管的选择要满足:额度电流为交流接触器工作电流的2—3倍;额度电压为交流接触器工作电压的2—3倍。 因此，可选择5A/500V的双向晶闸管，该双向晶闸管型号选择为KS5—500。 (3)其他元件参数选择: 经计算， R1,200, 则 R2,R1,200,,R3,330,,R4,51,,C,0.1,F 4、系统软件流程图 对于交流软启动器装置来说，除了用于一套好的硬件资源外，合适高效的软件设计也是至关重要的。好的软件设计可以最大限度的发挥硬件资源的优势。由于软件的灵活性，可以根据系统的要求随意的更改、增减，所以一个应用系统的智能化程度很大部分取决于软件的结构是否合理，功能是否全面。交流软启动器的软件设计要根据启动器的硬件设计功能要求进行设计。此软件的设计主要是通过一系列程序来控制单片机的各输入输出引脚，实现前面所提到的软启动器的保护功能、显示报警功能、故障处理功能等。 4.1 保护功能子程序 系统启动后，接下来要进行初始化，包括定义各个引脚的输入输出方向，设置各计数器的初始值等。然后按照各种故障整定值的大小，逐一比较，若大于某整定值，说明有故障出现，调用相应的子程序进行处理。保护程序流程图见图4-1 31 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 开始 程序初始化 电压电流信 号采样 Y 断相保护 是否断相 N Y 过载保护 是否过载 N Y 是否三相三相不平衡 不平衡 保护 N 显示报警 动作执行 结束 图 4-1 保护功能主程序流程图 32 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 4.2 显示报警子程序 当电动机正常运行时，运行指示灯亮;断相故障时，断相指示灯亮;过载时，过载指示灯亮;三相电流不平衡时，三相不平衡指示灯亮。显示流程图见图4-2。 单片机信号 处理 Y 断相指示灯是否断相 亮 N Y 过载指示灯是否过载 亮 N Y 是否三相三相不平衡 不平衡 指示灯亮 N 运行指示 灯亮 结束 图4-2 显示报警流程图 33 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 4.3 晶闸管触发子程序 检测到启动信号，晶闸管发出触发脉冲;检测到停止信号，停止发出脉冲信号。 流程图见图4-3 开始 初始化 N 启动, Y 开晶闸管 N 停车, Y 关晶闸管 结束 图4-3晶闸管触发流程图 34 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 5、总 结 通过广泛阅读国内外交流软启动器的相关资料，应用单片机控制的有关知识，根据软启动器的工作特性和故障分析，本文完成了交流软启动器的设计。此设计能够完成电动机的软启动，软停车和大多数故障的保护。主要功能有: 1. 电动机在负载要求下平滑启动。 2. 电动机具有软停车功能。 3. 改善电动机启动时对电网的影响。 4(实现一些保护功能，如断相，过载，三相不平衡保护。 由于水平和时间有限，此软启动器在很多方面的研究还存在不足，有待于在今后研究中进行提高。 35 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 致 谢 首先，我要向这次毕业设计的导师吴建杰老师表示最诚挚的谢意～此次毕业设计是在吴建杰老师的悉心关怀和精心指导下完成的。从项目立题、论文研究到审阅本文都倾注着老师巨大的心血。温老师的言传身教以及所有的一切都将对我产生有益而深远的影响，使我受益终身。 在做课题的过程中，得到了吴建杰老师的悉心指导及电气工程系自动化专业同学的热情帮助。在此，谨向他们表示由衷的谢意! 回顾四年多的学习经历，同时即将踏上工作岗位，在这里，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示衷心的感谢! 36 中北大学成人教育学院2008届毕业设计说明书 参考文献 [1] 任致程. 电动机电子保护器与软启动器应用指南. 机械工业出版社，2004 [2] 叶永音. 电机学. 中国电力出版社，1993 [3] 高景德. 交流电机及其系统的分析. 清华大学出版社，1993 [4] 王兆安， 黄俊. 电力电子技术第4版. 机械工业出版社，2000.11 [5] 周绍莫. 电力拖动 .冶金工业出版社，1990 [6] 周希章. 电动机的启动，制动和调速. 机械工业出版社，2000.1 [7] 赵喜东，万小平.基于PIC电子软启动器设计单片机实现三相异步电动机的设计 2006.7 [8] 陈伯时. 电力拖动自动控制系统. 机械工业出版社，2003.7 [9] 蔡美琴，张为民等. 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