王志如矿用隔爆三相异步电动机的软启动设计方案

本科生毕业设计<论文）

山西大同大学煤炭工程学院 二零一四年三月

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山西大同大学 本科生毕业设计

中文题目：矿用隔爆三相异步电动机的软启动设计

英文题目：Study on soft-starting controller for 3-phase asynchronous motor 学 院： 煤炭工程学院 姓 名：王志如学 号：100806021226 专 业：自动化 班 级： 10自动化二班 指导教师：王官升 职 称：副教授 完成日期：2018年5月 30日

山西大同大学2018届本科毕业设计选题审批表

学院：煤炭工程学院 系别：电气工程系 专业： 自动化 100806021226 学生姓名 王志如 学号 指导教师 王官升 职称 副教授 所选题目名称： 矿用隔爆三相异步电动机的软启动设计 1 / 59

选题性质： ( >A.理论研究 ( √ >B.应用研究 ( >C.应用理论研究 ( >D.产品设计 ( >E.工程技术开发 ( >F.软件开发与应用 ( >G.其它 选题的目的和意义： 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,大有取代传统的自耦减压、星-角等启动器的趋势.由于软启动器是近年来新发展起来的启动设备,在设计、安装、调试和使用方面还缺少指导性的规范与规程.我们在软启动器的安装、调试工作中也遇到了一些实际技术问题.例如:不同启动负载软启动器的选型、软启动冲击电流与过流保护定值的配合、软启动设备容量与变压器容量的关系等问题. <1）能使电机起动电压以恒定的斜率平稳上升，起动电流小，对电网无冲击电流，减小负载的机械冲击。 <2）起动电压上升斜率可调，保证了起动过程的平滑性，起动电压可依据不同的负载在30%～70%Ue(Ue为额定电压>范围内连续可调。 <3）可以根据不同的负载设定起动时间。 <4）起动器还具有可控硅短路保护、缺相保护、过热保护、欠压保护。 指导教师意见： 签字： 年 月 日 学院意见： 签字： 年 月 日 备注： 山西大同大学2018届本科毕业设计开题报告

学院：煤炭工程学院 系别： 电气工程系 专业：自动化 论文题目 论文类型 指导教师 矿用隔爆三相异步电动机的软启动设计 A理论研究；B应用研究；C应用理论研究；D产品设计；E工程技术开发；F软件开发与应有；G其它 王官升 职称 副教授 学生姓名 王志如 学号 100806021226 2 / 59

一、研究现状、目标、意义综述 本文针对目前国内软起动器特殊工作场所中防爆、隔爆的要求，提出了一种较为理想的隔爆型交流电动机软起动器设计方案。 本文首先介绍了交流电动机软起动技术的国内外发展动态，对电动机的起动过程进行了理论分析，然后在综合比较各种起动方式优缺点的基础上，提出了采用隔爆技术实现电动机软起动的新方法，同时详细阐述了新方法下的工作原理，即晶闸管相控调压原理，以及基于单片机的核心控制部分，并进行了软启动器软硬件的设计，可实现对软起动电路的智能化控制。起动器箱体采用了快开式隔爆结构设计，可以满足在具有沼气和煤尘爆炸危险的矿井中使用，控制电路可实现对电机的过载、短路、过压、欠压、漏电保护。 二、研究方法和进度安排2018年 1）3月5日-3月15日 1）准备收集资料，完成开题报告 2）3月16日-3月31日 2）现场实习 3）4月1日-4月30日 3）完成设计第1-3节 4）5月1日-5月15日 4）完成设计第4-5节 5）5月15日-5月31日5）排版整理说明书 6）6月1日-6月15日 6）设计答辩 三、指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 山西大同大学2018届本科毕业设计中期检查表

学院：煤炭工程学院系别： 电气工程系 专业：自动化 论文(设计>题目：矿用隔爆三相异步电动机的软启动设计 学生姓名 指导教师 王志如 王官升 学号 职称 3 / 59

100806021226 副教授 截至目前为止<2018-5-25），除了编写完成开题报告、英语论文的翻译工作、以及中文摘要、英文摘要，已根据课题的性质、现以完成了触发脉冲控制的软件设计。此外，方案的设计已经进入了收尾阶段，期间，遇到了主回路设计、电压检测回路的设计等问题，在王老师的指导下以及同学的帮助下顺利的解决。 成果资料的大致说明： 一：矿用隔爆三相异步电动及机软起动器的研究现状发展趋势 二：矿用三相异步电动机的起动 三：软起动器的主电路设计 四：软起动控制系统的硬件设计 五：基于单片机的软起动器的设计 后期工作计划：完善有关软件设计方案，加紧论文的编写。反复查看本次设计内容，及时发现不足之处，及时更正。 学生签字： 指导教师签字： 年 月 日 年 月 日 山西大同大学2018届本科毕业设计指导教师评分表

学院：煤炭工程学院系别：电气工程系 专业： 自动化 论文(设计>题目：矿用隔爆三相异步电动机的软启动设计 学生姓名 指导教师 王志如 王官升 学 号 职 称 100806021226 副教授 4 / 59

指导教师评语： 指导教师签字： 年 月 日 评 价 项 目 写作 过程 01 写作过程中的认真程度 02 写作过程中，进度掌握情况 03 选题与专业培养目标相符情况 选题 质量 04 选题体现专业特点情况 05 选题体现三基的要求情况 06 知识综合运用能力 论文 质量 07 结构、方案设计、应用价值 08 写作规范情况 指导教师评定成绩 A B C D E 优 良 中 及格 不及格 毕业设计分工情况：(多人合作时填写，包括本人研究的内容及其在课题中所占比例> 评定成绩参考：优-7项A，另一项为B；良-6项B或A，其它至少为B；中-5项B或A，其它至少为C；及格-4项B或A，其它至少为D；不及格-4项为E。 山西大同大学2018届本科毕业设计评阅人评分表

学院：煤炭工程学院系别：电气工程系 专业： 自动化 论文(设计>题目：矿用隔爆三相异步电动机的软启动设计 学生姓名 指导教师 王志如 王官升 5 / 59

学 号 职 称 100806021226 副教授 评 阅 人 职 称 评阅人评鉴 评审工程 01 选题质量 02 03 能力水平 04 05 06 论文水平 07 08 指 标 选题与专业培养目标相符情况 选题体现专业特点情况 综合运用知识能力 运用资料文献能力 研究方案的设计能力 论点论据、语言表达 整体结构、应用价值 写作规范情况 A B C D E 评阅人评定成绩 优 良 中 及格 不及格 评定成绩参考：优-7项A，另一项为B；良-6项B或A，其它至少为B；中-5项B或A，其它至少为C；及格-四项B或A，其它至少为D；不及格-4项为E。

山西大同大学2018届本科毕业设计答辩评分表

学院：煤炭工程学院系别：电气工程系 专业：自动化 论文题目：矿用隔爆三相异步电动机的软启动设计 学生姓名 指导教师 答辩委员会/答辩小组名单 王志如 王官升 姓 名 学 号 职 称 性 别 100806021226 指导教师评分 副教授 职 称 6 / 59

评阅人评分 学 位 答辩小组职务 评审工程 A B C D E 答辩委员会<答辩小组评鉴） 指标 01 选题与专业培养目标相符情况 02 选题体现专业特点情况 03 综合运用知识能力 论文评价 04 运用资料文献能力 05 研究方案设计能力 06 论点论据、语言表达 07 整体结构、应用价值 08 写作规范情况 答辩表现 09 自述情况 10 答辩过程 答辩委员会综合评定成绩 毕业设计(设计>最终得分： 优 良 中 及格 不及格 答辩委员会主任(或组长>签字： 年 月 日 评定成绩参考：优-9项A，另一项为B；良-8项B或A，其它至少为B；中-7项B或A，其它至少为C；及格-6项B或A，其它至少为D；不及格-5项为E。 山西大同大学2018届本科毕业生设计答辩记录表

煤炭工程 学院自动化 专业 10级 姓名王志如 学号100806020226 论文题目 答辩委员会 主席(或组长> 答辩委员会 成 员 矿用隔爆三相异步电动机的软启动设计 职称 答辩委员会 秘 书 7 / 59

答辩记录(包含答辩委员提出的问题，学生回答情况等> 记录人签字： 答辩委员会主任<答辩小组组长）(签字>： 年 月 日 年 月 日

摘要

三相异步电动机的起动以及减少在现代工业控制中的损耗是一个十分值得关注的问题。在研究电机控制，以实现其平稳起动和减少运行损失的长河中，前辈们提出不少解决这个问题的方法，在某种意义上说解决了上述提出的问题。交流电机软起动器，它起动平稳，起动冲击电流小，无触点，节约能源，使它在电气控制中得到了普遍运用。在本文中，就国内软起动器特定工作场所

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的防爆要求，提供了一个理想的矿用隔爆型交流电动机软起动器的设计。

本文讲述了交流电机软启动在国际中的现状，就起动电机进行了系统解读，并基于对各种起动方法的优缺点进行综合分析，提出了采用隔爆型电机软启动技术这个新的方案，也描述了晶闸管相控调压原理和基于单片机的核心控制，并对它的软硬件进行设计，能够成功的对软起动电路进行智能化的控制。控制电路可实现对电机的过载、短路、过压、欠压、漏电保护。

关键词：异步电动机；晶闸管；单片机；软起动

ABSTRACT

Three-phase asynchronous motor starting, and reduce the loss in modern industrial control is a very concern. In the study of motor control, in order to realize the smooth start and to reduce operating losses, predecessors put forward some solution to this problem, in a sense to solve the above questions. Ac motor soft starter, its smooth starting, small starting

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current impact, non-contact, save energy, make it widely used in the electric control. In this article, the domestic soft starter of explosion-proof requirements, a specific workplace provides an ideal of mine flameproof design of ac motor soft starter.

This article tells the story of ac motor soft start in the international status quo, starting motor has carried on the system analysis, and based on a comprehensive analysis on the advantages and disadvantages of the various starting method, put forward the flameproof motor soft start technology the new scheme, and also describes the thyristor phased regulating principle, and based on the core of the single-chip microcomputer control, and its hardware and software design, can successfully for intelligent control of soft starting circuit. Control circuit which can realize the motor overload, short circuit, overvoltage, undervoltage, electric leakage protection.

Keywords: Asynchronous motor,；Thyristor ；Microcontroller unit ；Soft starting

目 录

1 矿用隔爆三相异步电动机软起动器研究现状及发展趋势1 1.1 电动机隔爆软起动器的现状1 1.2 电动机隔爆软起动技术发展趋势1 2 矿用三相异步电动机的起动1

2.1 三相交流异步电动机的起动过程分析2

2.1.1 矿用隔爆三相异步电动机起动器应具有以下特点2

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2.1.2异步电动机的开始状态解读2 2.2 三相异步电动机常用的起动方法4

2.2.1 直接起动4 2.2.2 降压起动5

2.2.3 软起动 ...................................................................................................................................... 5 3 软起动器的主电路设计11 3.1 概述11 3.2 主电路11

3.2.1 主电路的组成与工作原理11 3.2.2 主电路的设计11 3.2.3 晶闸管参数的选择12 3.3 软起动器的工作过程13 4 软起动控制系统的硬件设计16 4.1 概述16

4.2 主要器件的介绍16 4.2.1 KJ004功能介绍16

4.2.2 KJ041功能介绍 ..................................................................................................................... 19 4.3 晶闸管触发电路20 4.4 晶闸管保护电路22 4.5 电压检测回路23 4.5.1 同步信号检测23 4.5.2 .电压反馈回路25 4.6 电流检测回路25 4.6.1 电流反馈回路26 4.6.2 过电流保护电路26

4.7 主电路对弱电控制信号的干扰及抗干扰措施27 4.7.1 可能出现的干扰源27 4.7.2 显示窗与操作界面28 4.8 相序检测及保护电路28 4.8.1 相序检测与断相判别线路28 4.8.2 保护电路29 4.9 CPU及外围电路30 5 控制系统的软件设计33 5.1 概述33

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5.2 触发脉冲控制的软件设计33 6 软起动器的隔爆结构设计41 6.1 矿用隔爆电气设备概述41 6.2 软起动器的隔爆结构设计42 参考文献错误！未定义书签。 致 谢46

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1 三相异步电动机软起动器的目前状况和将来研究方向

1.1电动机的隔爆软起动器的目前情况

矿上机器要求防护等级高，防爆等级高。它们控制驱动的机械设备不仅功率大，而且工作环境恶劣，工作原理复杂。为此要求起动控制设备不仅驱动能力大，而且要有完善可靠的控制，监测，保护功能，以确保工作面设备安全有序，可靠的运行。

软起动器运用比较早的是在1970年的英国，由于它的启动方式比较优越，吸引了不少人对它的兴趣。近几十年来，它得到了广泛的应用并大规模的发展。例如美国的AB公司生产的315KW～2000KW的交流调压式软起动器，德国AEG公司、SIEMENS公司，法国的TE公司以及欧洲ABB公司，英国的CT公司、B&E公司，法国塞特公司等均推出了各自的产品。

1.2这项技术将来研究方向

这些年来，放眼国内外，隔爆电动机软起动技术有着以下发展趋势：

1．贯彻实施新的国标，并进一步加大步伐参照其他国家的先进标准，从而能够有实力参与全球大市场的更强烈竞争；

2．选用大功率的各类新型电力电子器件，进一步简化起动器结构使其工作性能得到优化；

3．具备各类比较完善的动态和静态以及其他保护功能，如故障检测及维修、温度检测、线路检测保护、欠/过电压检测保护等。

2 矿用三相异步电动机的起动

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2.1三相交流异步电动机的起动过程分析

2.1.1矿用隔爆三相异步电动机起动器应具有下面几点

<1）需要一个特别大的电动机的起动转矩和拖动系统，以便能够满足曲线的机械性能的要求；

<2）非常小的启动电流；

<3）起启动中尽量小的能量以及功率消耗； <4）启动电路的保护完善。

上述四条基本要求中，1、2、4为主要考察的技术指标，3是相对来说的经济指标。在实践活动中，需要综合分析，以确定合理的起动方式。

此外，对于煤矿生产中使用的防爆电动机，有非常高的要求。在这样的环境条件下，不能够躲避爆炸性粉尘和气体，甲烷气体，可引起空气爆炸<主要是氧气）到处都有，应此在这样的条件下要躲避火花，火焰等产生电弧。 2.1.2异步电动机的开始状态解读

异步电机的T形等效电路图如图下图：

r1I1U1I10r1jx1rmjxmE1=E2jx1r2I2jx2(1-s)r2/s图2-1 三相异步电机的等效电路

图中，r1、r2′ ——电阻；x1、x2′——漏抗；r m——铁耗电阻；xm——励磁电抗；s——转差率；U1、I1——定子电压、定子电流。

由图2-1，可得到异步电机的一个基本公式：

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m1U12r2?psT?2????r?1??r1?2??x1?x2???s??????2???? <2-1）

式中 : m1——相数； T——电机电磁转矩； Ω1——电机角速度； p——磁极对数。 由图2.1得

I2??U1?r2???r1???x1?x2??s???2??2 <2-2）

I1=(-I2′>+I0若不计I0,则I1=I2′。

电机启动过程中，转速n= 0，转差率s=1，代入上式，则电机的启动转矩TST，启动电流Ist：

Tst?m1pU12r2???1?r1?r2?????22Ist?I2??2???x1?x2?? <2-3）

U1??r1?r2????x1?x2??2 <2-4）

在电机起动的瞬间，，n=0，s=1，转子电势最大。从上述等效电路可以看出，

1?s??r2?0起动的瞬间没有机械功率的输出， 因此，Ist很大。而且普通笼型异步电机的起s动电流Ist是额定电流的4倍~7倍。大的冲击电流，电机本身，电网和其它电气设备的正常工作是对同一个系统有不利的影响。

由于启动转矩是由活性组分和转子电流气隙磁通φM影响，所以直接启动转矩并不大。在这种情况下，S = 1，在转子的最大漏抗，转子功率因数非常低<通常为0.3左右）。过度的起动电流增大的定子部分的电压降的阻抗，由于定子电压的缘故，将不可避免地降低定子的电势和气隙磁通φ m。并且小转矩的起动，必然会使启动时间延长，进而增加整个过程的能耗，使生产率降低。而如果负载转矩始终大

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于起动转矩，那么电机将没有办法起动。三相异步电机的机械特性、电流特性如图2-2所示。

nI0n1n=f(I1)n=f(T)0TTst图2-2 三相异步电机的机械特性和电流特性

I1

根据刚才的解读，当电源频率的参数和电机常数，在一定的滑移，起动转矩TST成正比的电压来U1的电动机定子端部的正方形时，U1的启动电压成比例向电流Ist和定子侧。因此，定子端电压U1的控制可以实现对起动电流和起动转矩TST IST控制。

2.2三相异步电动机常用的起动方法

2.2.1直接起动

直接起动也称全压起动。使用矿用隔爆磁力起动器直接起动异步电动机是一种最简单的起动方式，启动时用闸刀开关或接触器将电动机直接接到三相交流电源上。在煤矿系统大多采用这种方式。

采用直接起动方式 ，其供电变压器容量应满足下式要求

3SKI??N <2-5）

44PNIKI?1stI!N——电动机起动电流与额定电流之比，称为起动电流倍数； 式中

SN——电源变压器总容量KV?A； PN——起动三相异步电动机功率KW。

直接起动的优点是起动设备简单，操作方便，而且起动速度快。但其存在的危害也是显而易见的，具体如下：

1.电网冲击：启动电流太高，会使电网电压减小，会使其他的设备受影响，欠

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压保护装置可能出现故障，造成有害脱扣装置。启动电流太大造成电机绕组温度升高，从而加速绝缘的老化，会减少电机的使用寿命。

2.机械冲击：太大的扭矩通常由马达转子的端环与定子端部绕组的绝缘磨损破裂，会引起冲击烧伤的击穿。联轴器，同步带传动齿轮破损。

3.机械的不利：开始住在泵系统管路突变引起的压力的过程中，阀门损坏，会影响机器的传动。

以上都会影响运行机械设备，并损耗大量的能源，特别是在当时情况下的过度流失频繁启动。所以一般情况下直接启动允许大，中功率电机，但必须要求使用的起动设备来完成启动过程。 2.2.2 降压起动

此启动在于降低启动电流，也降低启动转矩。所以对于峰值负载较大的生产机械，便不宜采用这一起动方法。 2.2.3 软启动

<1）软起动器控制原理图如下图2-3

旁路接触器

R S T U V W 电动机

单片机CPU及外围电路 图2-3 软起动器控制原理图

电压检测 脉冲触发电路 电流检测 “软启动”其实并不是严肃的定义。从字面上理解，“软启动”是在以下方面相对于“硬启动”。 “软启动”是指电动机起动电网电压变化影响传动机械产生，来确保平稳过渡到正常的操作状态相对较小，或更小的加速过程。 <2）软启动的意义解读

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晶闸管调压原理：

有两种方式晶闸管控制：相位控制，通过控制晶闸管调压器的导通角来达到目的。另一个控制循环时，晶闸管被用作固定接触器，交替地接通和关断的几个周期的电源电压，导通时间和关断，通过改变时间的比率来控制输出电压的有效值的稳压器。然而，在频率控制交流感应电机定子使用时，关闭交替频率不能太低，否则不仅会使电机的速度波动，一旦连接到电流等效感应电动机再次重新启动。切断电源，电动机，由磁场中的瞬态电流，以保持气隙的转子，并与所述转子的旋转而旋转，从而产生一个磁场在定子绕组中的空气间隙来改变频率的感应电动势。当烘干时间间隔太长，在感应电动势与电源电压的定子旋转磁场被再次打开时，该相位差可以更大，从而导致浪涌电流可能会损坏晶闸管。因此，对于异步电机的电压控制，常采用相位控制。与此对照，输出电压波形不是正弦波。分析表明，该输出电压中不包含偶次谐波，奇次谐波主要是三次谐波。因为异步电动机是电感性负载，可以从电力电子技术，可以看出，当三相交流电压调节器电路与晶闸管感性负载，只有当相位角大于负载的功率因数角，调节器将有一个作用。当?

图2-6 软起动器主回路原理图

实现的三相异步电动机，需要控制输入电压，使得它从小到大按某种形式的曲线上升顺利启动。分析表明，在一定为了调节晶闸管三对触发角可以达到这个目的。其

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实质是电源稳压斩波。晶闸管任意相工作电压波形如图2-7所示，晶闸管触发角

?，负载功率因数角? ，晶闸管导通角?。

由图2-7能够推出触发角?，功率因数角?和导通角?三者间的关系：

???????(2-6>

图2-7 晶闸管任意一相工作波形

其中?间的波形表示晶闸管的运算结果电压。通过改变?值的大小，闸管的电压就可以被改变，进而改变电动机输入电压。从 (2-6> 能看出，导通角?与触发角

?、功率因数角?有联系。从不变的负载来说，?是不变的，导通角?仅仅与触发

角?有联系。所以，变化晶闸管触发角?就能使晶闸管输出电压有所变化。可是就异步电动机，功率因数角?是变化的量，并且它是电动机转速 n的函数。也就是电动机启动时，功率因数角?随着转速n不断变发生改变。所以，一起变化晶闸管的触发角，必须考虑到的变化，功率因数角。使异步电动机的输入电压在预先规律变化的唯一途径。

晶闸管相控调压单相等效电路如图2-8所示，ZL表示电动机某一相的等效阻抗，Ui表示电网的相电压，UL表示其输出电压。设Ui?2Usinwt。

图2-8 晶闸管单相等效电路 图2-9 晶闸管输出电压波形

晶闸管输出波形如图2-9。其输出电压取决于其功率因数角?、相控角?。晶闸管具

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有对称的正负半周触发，其输出电压的有效值为u。由<2-7>式计算：

1??UL???0???U?2Usinwt?2d?wt??????2Usinwt?2d?wt????1?1???????sin2??sin2??f?U,?,?????????2?? (2-7> 可见，UL是功率因数角?和相控角?以及供电电压U的函数。当U不变时，改变

?，能够使晶闸管的输出电压发生改变。 <3）软启动的启动方式

现存的启动方式分类如下，曲线如图2-10所示：

II1I2I3IN0t

ａ 限流启动模式

Ut1t2t3t4UNU10t

ｂ 电压斜坡起动

T(t)TstTst1TFt

ｃ 转矩加突跳起动

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T(t)TstTst10TFt

ｄ 转矩起动

I(t)IstIst1IN0ｅ 电压起动

图2-10各种软起动方式下相应的启动图线

t1t

1.限流软起动：正在启动一个三相电机的过程中起限流不大于一个值这个方式的起动电流不大，并且可以根据需要进行调整，对电网电压的影响不大。但也有缺点，开始下降时不知道，下降的空间不能被很好的运用，起动转矩的损失。

2.电压斜坡的起动：输出电压直线上升，如图2-10

<3）转矩控制起动：一般在高工作量启动中使用，是根据增加的原理通过线性电动机的起动转矩来控制输出电压，其优势是使系统能够拖动对电网冲击小的灵活平稳启动，开始用的时间太长，如图2-10

<4）转矩加突跳控制起动：同样主要在高负荷启动中运用。但其优点是，起动

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瞬间拖动系统的静转矩能够由突跳转矩所克服，然后转矩能够平滑的上升，从而减少了起动时间。但突跳过程会有尖脉冲产生至电网，影响别的运行，如图2-10

<5）电压起动：一般用于在轻负荷的启动，如图2-10

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3 软起动器的主电路设计

3.概述

一个全功能的异步电动机软起动控制系统应具有以下几部分：1.核心的控制系统。 2.控制电源主电路。 3.输入输出部分的控制系统，包括电机控制参数设置和电机动态运行状态显示。 4.电机过载过压，欠压保护，控制部分。 5.电源部分，包括本安电源，控制电路和电源控制设备。除此之外，隔爆异步电动机软起动器，还应考虑到软起动器的隔爆设计问题。

图3-1异步电动机软起动器结构与功能框图

3.2主电路

3.2.1主电路的结构和原理

三相交流感应电动机转矩T与施加到定子侧的电压方形的U2成正比，定子电流I与定子端电压U成正比。所以，通过控制电压的方式ü可以被用来控制开始电流和起动转矩的TI和电压可以通过将实现的晶闸管的导通角的控制端来控制。

采用三反并联晶闸管模块，根据已设置来控制三相可控硅导通角的参数，软起动器主电路，使根据设定的模式慢启动电机。开始由控制器发出信号完成，使得旁

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路真空接触器闭合后，可控硅停工。微处理器继续监视操作参数。

当您需要停止，停止信号给出，可控硅迅速投入到工作中，通过设置软停止断开真空旁路接触器起动停止模式。 3.2.2 主电路的方案

电路如图3-2。

结构：使用三组反并联可控硅调压电路，三组和三相可控硅电源接入触点之间。

原理：当启动时，接触器切断时，接触器开始执行后，关闭动作结束。软停止启动接触器后，再次收到可控硅结束，从而使软起动器到工作状态，这样你就可以反复实现软启动，软停止动作。

RUVSM3~TW

图3-2 主回路电路

3.2.3 晶闸管参数选取

<1）晶闸管的电流容量选取：

通常情况下，晶闸管额定电流具有下列定义：+40℃的环境温度和有关冷却下，稳定时的温度不低于额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。考虑到实际电路的情况，处在工作状态的软起动器，对每个阶段循环范围的反并联晶闸管的导通角0°～180°，因此晶闸管的电流的均值出现在180°的导通角时，式<3-1）确定电流容量IN：

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IN=<2～3）I/Kf <3-1）

其中，IN——为晶闸管额定电流

比较精准的计算晶闸管抗压值相当困难，因为这不但和回路的接法相关，还与电机容量和激磁电流等值相关。当考虑存在过电压吸收回路时，晶闸管额定电压应选为

UN?(23)?2?1140V <3-2）

3.3软起动器的工作过程

该装置电气原理接线图如图3-3所示。L1，L2，L3表示1140V电源线，单片机控制系统，电力变压器是电力转换变压器。为了解决高低压隔离变压器的使用三层绝缘和磁隔离技术的干扰。 TA1，TA2两个电流互感器，其作用是检测电机的相电流。 T1是一个三相晶闸管旁路变压器，电动机启动时完成时，晶闸管被引入运行，从而降低了谐波污染，且能够解决隔爆型交流电机软起动器的器件的散热能力。

1140V∕660V电源经由配电箱入，然后隔离输出开关，真空接触器，可控硅模块加载。您也可以选择直接启动/软启动。启动遥控器，按下按钮SB4，本质安全型12V输出通过遥控SB5常闭触点，加入到附近的K1 SB4常开继电器触点。拉到靠近控制，压门遥控器按钮SB1，本质安全的12V电压施加到继电器K1。

继电器K1吸合，其常开接点闭合，变压器24V电路的次级侧导通，继电器K3拉<端子22#、23#为里边控制的常闭点）。常开点K3.1、K3.2、K3.3闭合，①K3.3使继电器K1保持在关闭；②K3.1合上变压器二次侧220V电路中，K4闭上；③K3.2吸和。a、在直接起动开关，继电器K2被激励时，常开K4，K2闭合，即使在220V电压，真空接触器KM上，使真空接触器接通，使闸合上。b、在软启动，24V电压开关20＃，23＃端子常开继电器K2接就可以了。 20＃，21＃常开的软启动控制时间控制关闭。软启动是拉在前面KM晶闸管由控制器模块，负载侧电压，企稳回升从小到660V或1140V，马达缓慢启动，软启动时间，以时间来控制继电器

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K2，KM吸合，晶闸管短路。晶闸管模块控制器停止工作。

从开头，控制器首先负载泄漏检测。控制器24＃，25＃端子660V，1140V输入漏检测，两个常闭继电器K4，KM两个常闭辅助开关，连接到可控硅出现一侧，装载到地面1140V主回路电阻时，约小于42K，当660V小于22K，控制器22＃，23＃端子常闭断开，而面板显示的E-3。同样地，电压相位显示器的E-5。电源过压显示的E-6。电压显示E-7。

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图3-3 软起动器电气原理接线图

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4 软起动控制系统的硬件设计

4.1概述

本装置提供一种用于电动机软启动控制的装置。

功能：他将PID多种功能的调节器，晶闸管相控触发，三相同步信号采集和电动机综合保护器集于一体，专为软起动电机控制。

控制装置静态结构如图4-1所示。

结构：稳压器相连，输入link，输出链路，信号处理，采样，触发控制，中央控制单元MCU，串行存储器，LCD，RS485通讯接口。

图4-1控制装置静态结构示意图

4.2主要器件的介绍

4.2.1 KJ004功能介绍

结构：同步检测电路、锯齿波形成电路、偏移电压、移电压综合比较放大电路和功相率放大电路四部分。

功能：元件引脚功能见表4.1锯

原理：锯齿波斜率取决于外部R6，充电电流和C1 RW1流出的积分值。移相控

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制为不同的工程V1，只有改变R1，R2的比例，相应的偏移调整副总裁。锯齿波斜率同时调整电位器RW1，可以使不同的移相控制电压，以获得整个范围。型触发器电路为正极性，相电压增加时，导通角增加。 R7和C2组成一个微分电路，改变R7和C2的值，以获得不同的输出脉冲宽度。任何价值的同步电压KJ004。

表4.1 KJ004的引脚功能表

功 能 引线脚号 输锯齿波形-同步输空 空 地 Vee(1kΩ> 出 成 入 1 2 3 4 5 6 7 8 综合比微分阻空 较 容 9 封锁调制 输+Vcc 出 16 10 11 12 13 14 15 电路采用双列直插C—16白瓷和黑瓷两种外壳封装，外型尺寸按电子工业部部颁标准。《半导体集成电路外型尺寸》SJ1100—76

图4-2 KJ004引脚图

而像锯齿移相触发电路，分立器件分为同步，锯齿波，移相，脉冲形成，脉冲间隔和脉冲放大几个环节。

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R12R1R3R4R6R7R8VS1VS2VS3V1VS4R5V4V18V19V5VD1V2R2V3VS53RP1R2449C1RR2625ubucoR27图4-3 KJ004原理图

16VD5VD4+15VR10V20R19V6R11R14V17VD2R15VD6VD3R208RP4us7VS6R16R18VS7V8R17V9V10V111V7R13VD7VS8R20VS9V12R22R21V13V15V14V16155+15VR2311C2121314R28+15VKJ004参数及限制

电源电压：直流+15V、-15V，允许波动±5%。 电源电流：正电流≤15mA，负电源≤10 mA。 同步电压：任意值。

同步的接入端最大同步电流值：6mA<有效值）。 移相范围：≥170°。 锯齿波幅度：≥10V。 输出脉冲：

<1）宽度：400μs～2ms(通过改变脉宽阻容元件达到>。 <2）幅度：≥13V。

<3）KJ004输出上限：100mA。

<4）输出管反压：BVCEO≥18V<条件Ie≤100μA）。

使用环境温度为四级：C:0～70℃ R:-55～85℃ E: -40～85℃ M:-55～125℃

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4.2.2 KJ041功能介绍

KJ041六路双脉冲整形器是用来触发线的三相全控桥电路 功能：双脉冲形成和电子开关控制封锁双脉冲形成的功能。

结构：两个都KJ041逻辑控制电路控制电子开关的正面和负面的群体可逆晶闸管电力电子成套装置<如无循环的十二相可控硅整流装置正负直流速度）。

主要参数及限制

<1）电源电压：DC +15V±10% <2）电源电流： ≤20mA

<3）输出脉冲最大负载电流：≤20mA <4）输出脉冲幅值：≥1V

<5）输入端二极管最高承受反压：≥30V <6）控制端正向电流：≤3mA

<7） 允许使用环境温度：Ⅰ类品为-55～+125 °C；Ⅱ类品为-55～+85°C； Ⅲ类品为-40～+85°C；Ⅳ类品为-10～+70°C。

KJ0417

图4-4 KJ041的引脚<引脚向下）

各引脚的作用： １）输出引脚

引脚15：对应1与2的“或”输出端，使用中，触发器A正半周期相可控硅功率放大单元输入端。

引脚14：对应3与2的“或”输出端，使用中，触发器C正半周期相可控硅功率放大单元输入端。

引脚13：对应3与4的“或”输出端，使用中，触发器B正半周期相可控硅功率放大单元输入端。

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引脚12：对应4与5的“或”输出端，使用中，触发器A负半周期相可控硅功率放大单元输入端。

引脚11：对应5与6的“或”出端，使用中，C相接触送晶闸管功率放大单元输入端的正半周。

引脚10：对应6与1的“或”输出端，使用中，B接点与晶闸管功率放大单元输入端子的负半周。

2）输入引脚：

引脚1和引脚4：A网格与对应的输入触发脉冲的正和负半周期。 引脚2和引脚5：?对应的电网负，正触发输入端子半周。

引脚3和引脚6：乙对应于该网格与输入触发脉冲的正和负半周期。

3）引脚16：工作电源输入端。KJ041的工作电源范围为3～18V，使用中一般接+15V电源。

4）引脚8

6）引脚7

4.3晶闸管触发电路

在研究开发隔爆型三相异步电动机软起动器的过程中，采用工业级微控制器是中心，以晶闸管为主要元件的控制、双向通讯、实现了在隔爆条件下对三相异步电动机的软起动控制。

软起动器的控制系统的硬件：MCU数字控制的核心部分、模拟量输入输出的部分、数字量输入输出部分、系统电源电路、相序检测电路、断相检测电路、电流检测电路、同步信号提取电路、脉冲触发电路。

提取的触发脉冲同步信号和选择，软起动器可以是其中的关键技术可靠，稳定运行。这两个观点如果不能很好的解决，软起动器不能达到的晶闸管软起动器的触发角的精确控制，但无法实现对交流电机的控制。

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触发电路原理：电网电压进行采样，并在第一同步降压变压器的单个脉冲输入后生成KJ004，通过调整分压电阻器可以调节单个脉冲的占空比，通过模拟开关4066来实现脉冲宽度模式KJ004变换，所以KJ004输出的脉冲宽度或脉冲窄，KJ041然后产生一个高频脉冲宽度调制波到窄脉冲KJ004输出或高频率调制，脉冲宽度，这样，当KJ004在脉冲模式下，KJ004输出直接加到输出列宽度驱动电路，和KJ004是在窄脉冲的单脉冲<3 KJ004产生6声道）输入到KJ041合成的双脉冲，每一个双脉冲相位差60°，用于触发桥式整流电路。

如图4-5为同步信号为锯齿波的触发电路，其输出可为双窄脉冲，也可为单窄脉冲。

电路结包含三个方面：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。

图4-5 脉冲发生

电路图

原理：

1、脉冲形成环节

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V4，V5 - 脉冲形成 V7，V8 - 脉冲放大

控制电压u加在V4的基础。 üCO =0时，V4截止，V5饱和导通。 V7，V8是关闭的，无脉冲输出。电容C3充电，电容两端的电压充满接近2E1<30V）时，V4导通，为+ E1<+15 V）下降到约1.0V的一点潜能，V5的基极电位约为-2E1<-30V）的减少，V5立即切断。的-E1<-15V）V5集电极电压上升至+2.1 V，V7，V8导通，输出触发脉冲。放电和反向充电，电容器C3，以使基极电位V5上升，直到UB5>-E1<-15V），V5被再次打开。所以V7，V8时，输出脉冲被终止。脉冲边沿是由V4导通时间，脉冲宽度和反向充电电路的时间常数R11C3有关的决定。从次级侧输出的脉冲变压器，初级绕组的触发脉冲电路TP连接到V8的集电极电路。

2、锯齿波的生成和脉冲移相过程 3、同步过程 4、双窄脉冲形成过程

晶闸管触发电路总图如图4-6所示。

同步电源输入 直流电源 4066 模拟开关实现宽窄切换 图4-6 晶闸管触发电路图

宽脉冲列 脉冲放大驱动 KJ004产生单脉冲

KJ041产生脉冲调制列 SCR 4.4晶闸管的保护电路

因为可控硅的工作电压的击穿电压跟它相当接近，且热容量比较小，因此，能够承受过电流和过电压的差的能力，其中的任何短时间的过电流或过电压有可能造成人身伤害。为了使晶闸管可在正常工作状态，除了选择合理的元件之外，还必须采取相关保护措施防止过电流，过电压的发生。

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1. 过电流保护

晶闸管出现损毁现象、触发电路或者控制系统出现故障等都可能会导致晶闸管设备发生过电流。根据这个事实，除用软件保护的情况，也能够在电路加进去硬件，就像熔断器。

2.过电压保护

晶闸管有一个非常重要的参数 - 崛起的du / dt的断态电压临界速率。其含义是额定结温可控硅、门极断路等情况下，能够让其导通的电压上升率的最低值。如果该参数大于晶闸管的电压上升率，晶闸管就会在门极信号不存在的状况接通。在这一点上，即使加入到正向电压晶闸管阳极电压峰值的两端是小于，同样的情况，可能会出现。

为了限制晶闸管的电压上升的速度，也不会过大，从而确保晶闸管的安全操作，电阻RC的设计容量在平行于所述半导体开关元件的两端，以限制电压的上升所述电容器的端子电压的速度并不需要的突变体的特征优点。

4.5电压检测回路

在电压检测电路，试图实现以下三个功能。

1.同步信号检测：三相电压采样的自然换流点，把它当成晶闸管脉冲触发信号同步信号。

2.检测器的输出，以获得晶闸管的导通时间检测，作为反馈电压，缺相检测的基础。

3.晶闸管当通过电阻器实现的向下转换成直流信号，通过A / D进给单片机作为过压，欠压保护信号的转换的三相交流电压输出信号。 4.5.1同步信号检测

功能：为了让调压主每个电路的晶闸管的触发脉冲和每个它们对应的相位关系严格保持的阳极电压，对应本文软起动器的设计过程，一个重要方面是在检测不可缺少的同步信号。是在电源电压过零的非常精确的测量时，晶闸管导通角来得到更好的控制，从而使电机两端的电压来实现无级加载，软启动的完毕。电压同步信号

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检测电路如图4-7所示。

电路用途：将电源进线端电压转换为低电压正弦信号的方波信号来供MCU处理以及分析。因为该信号是从高压转换为低压后送入MCU处理的，所以有必要利用一块光耦来隔离开高和低电压信号，其可以彼此干涉，以确保这两个信号的分离过程。基本上整个工作过程如下：从电源侧经由两个接入和一个二极管电阻器的信号线的电压变为半波交流信号，该交流信号被接通时，触发耦合半波，使得高电平信号输入到右侧的MCU；而当光耦左侧的交流信号为低电平时，光耦就会处于截止状态，导致低的电平信号输入到MCU上的权利。因此，循环，MCU最终得到的方波信号的一个5伏的幅度，即，电源频率即50Hz的循环周期，从而使高和低的对交流电源大致恒定信号的负侧的持续时间时间保持一致，虽然会有一些延迟，但是他们可以通过软件补偿来解决。以这种方式，使得所述外围硬件电路可以被简化，并且在电源电压所获得的同步信号时，晶闸管被触发时提供参考的零输出信号。右图中获得了主MCU芯片。

本电路的特征在：1，或根本没有的关键时刻的起点的开始启动时，该装置可以检测出零电压；另一方面，因为是直接从电源侧获取的输入交流信号，所以，不要通过变压器获得第一个交流信号，然后进行处理，从而大大降低了电路板空间，并降低成本。

+5VTLP521UVR11VD5R13D11R15

图4-7 同步信号检测电路

同步信号示意图如下：

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vωt

图4-8 同步信号示意图

4.5.2电压反馈回路

电压反馈回路如图4-9。

功能：能够获得工频50Hz的矩形波，跟晶闸管导通、截止时刻相匹配。 电路组成：其中U表示一个三相交流电源的输入端<即，对应于一个可控硅整流器的输入侧）中，R表示相应电机的输出<即，相应的半导体开关元件的输出）。 6N139达林顿是一个高速光耦，以确保高侧和MCU隔离的低压部分，而闸流管导通/关断的快速响应时间。计算单片机的I/ O端口保持时间的水平，我们可以计算出可控硅的导通角，作为输出的电压反馈。图4-9示出了一种方法的检测反馈电压，并具有类似V，W各相两个检测电路。

整流桥BR1U3 6N1392R29R27+15+15R30R283图4-9 电压反馈电路

4.6电流检测电路

电流检测电路包括一个电流反馈回路和过电流保护电路两部分。其工作原理

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是：由霍尔传感器的三相电流信号转换为电压信号，然后将该电压信号进行A／D转换，最后输入单片机为电流负反馈调节，故障检测，并提供基础过流保护。 4.6.1电流反馈电路

功能：从通过取样装置的定子侧 - 霍尔元件，得到的三相电流反馈信号，然后经过特定的精密电阻器件转换为交流电压信号。类似的电压上/下电路，通过三相全波整流，滤波和信号的分压为DC信号，然后输入MCU的I / O端口上的A / D转换，系统执行软起动时的电流反馈信号。在图4-10所示的电流反馈信号检测电路。U15为单片机芯片。

RSTR84R83R85+-R88+5D11D12U15

图4-10 电流检测电路

4.6.2过电流保护电路

功能：过流保护环节因具有过电流快速响应，并能准确地作用特点。

原理：这样的设计是类似的过电压的过电流保护。从目前的反馈回路中，相同的整流，滤波电路和一个电流反馈电路的信号。它与设定值时，一旦超过设定值以上，一个低电平信号的输出转换成微控制器U2的辅助外部中断端口，然后由软件处理，实现一个脉冲晶闸管过电流阻塞，故障报警和比较系统复位。一般选择过流值的额定电流的5.5倍，因为对于普通的限流起动，限流的5倍的最大振幅。因此，为了保证正常的启动电路将不会被切断，则需要留有一定的余量。过流保护的电路如图4-11所示。

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+5+5R92R93TA1TA2TA3R83R90R84R89R91+-

图4-11 过电流检测回路

4.7弱信号的干扰和干扰控制措施的主电路

在防爆控制柜，配有高压电源控制组件和单片机为计算机控制系统来控制其相应的外围控制电路的核心，空间是非常有限的。怎样才能减少甚至消除高压，大电流弱电控制信号的干扰，一直是难以解决的。如果你不能处理这个问题很好的控制柜，也很难产生可靠的脉冲触发功率控制部件，也很难达到理想的软启动操作。 4.7.1会出现的干扰源

①三相晶闸管没有完全接通的情况下，产生的谐波电压，电流，它们可以通过传导，辐射可以被耦合到系统控制。这些波形能够分解为基波和一系列高次谐波，而其中的高次谐波，会严重干扰控制系统。

②真空开关开启瞬间闭合软启动控制柜，能够生成的高次谐波辐射和传导，从而生成弱电控制电路的影响。

③单片机系统生成自己的力量，它是干扰的来源之一。双绞线的共模信号是非常抑制，而在导线的高频辐射信号产生触发脉冲是共模干扰信号，双绞线可以排除干扰，而且安全，可靠。电源电路原理：如图4-12所示。

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SCK1-14SCK1-16V15V13V14+24VU20 78151VinGND2Vout+15V3+C12V20去PHL电阻（PAGE2）C9+C10+C11SCK1-23,24+5VSCK1-25,26C13++C14Ua1Ub1Uc1V17V18V16R19L1PWR ONV19R20R212136745R25C15 U21SG35241513VCCC2VREFIN+C11214IN-E211OSCE110RTINHCOMP9CTCL+CL-R22R23D20R24C168GNDR26R27+C17V21V22SCK1-19,20,21,22+C192-24VVinU221GNDVout3-15VC20+SCK1-17,18+C18V23V24

图4-12 电源电路的实际原理图

4.7.2显示窗与操作界面

采用先进的ADμC841 MCU为控制中心控制器，使隔爆三相交流异步电机软起动器具有完全汉化的接口成为可能，不仅如此，它、方便，不容易发生操作错误，但它可以进一步改善观赏品质。

使用双LCD数字显示技术，显示并允许系统以提高操作的可靠性，并补救了使用两个单独的显示器的每个存在的缺陷，从而提高了产品的实用性。例如，在双屏幕能够显示一切字段的参数，数据，以及电机电流，电压等的关键参数可以跟踪的显示。4.8相序检测及保护电路 4.8.1相序检测与断相判别线路

<1）相序检测线路

当CPU晶闸管触发脉冲分配，确定线路相序是非常必要的。否则晶闸管会发生触发错误等事故。图4-13为动力线路相序检测电路。

工作原理：同步降压隔离变压器后，供电电压U A，U B，U C + +变成相序检测电路。当正，三相整流后，经整流的电压为低电平时，光耦合器的在高阻抗状态的输出，该电路的输出为高电平时，该PHO是高的。相序相反，经移相相整流，光

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耦输出为低阻状态，使PHO输出低电平，通过此电路，可以实现对三相动力电源的相序判断。

+15FU1Ua4C21V29V25V26R30R29R2812U23V31 (PH0)54V301...Positive Order0...Negative OrderUb5V27V286R32R33C22R34R31Uc6FU2

图4-13 相序检测实验线路

<2）断相判别线路

有两关起动差异化方式，一种为静态相鉴别，另一种运行断相鉴别。与识别运行过，是由相电流检测，然后由A / D转换，输入CPU时，相关的软件的鉴别。下面的 电路用于前者。

+15R36V32V33V34R37U25U26 (PHL)R35V39U241...Broken Phase0...Normal PhaseUa4Ub5Uc6V35V36V371254V386R39R38C23R40

图4-14断相判别实验线路

工作原理：如图4-14所示，三相电压进入辨别电路，如果未有缺相，电压Ua、Ub、Uc通过整流桥，输出1.35倍线电压的直流电压，该电压导致呈现低阻状态的光耦输出，PHL输出低电平，表明三相无断相发生。而当有断相情况时，表示U a、U b、U c中必有开路的一相，从而与单相整流电路的输出电压0.9倍线电压三相整流桥，光耦输出阻抗状态是使PHL输出高电平，说明有关情况。

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实验结果表明，此电路很确定的打破三相电力系统中的断相判别。 4.8.2保护电路

矿用隔爆三相异步电动机软起器的保护电路的保护功能，选用了ABD8-400J电机综合保护器，其参数为：工作电压交流36伏，漏电监视电压直流30伏，监视电流15微安。

保护器可以实现下列保护功能： ①过载保护； ②欠压保护； ③断相保护；

④主回路漏电闭锁保护。

4.9 CPU及外围电路

CPU

原理图：如图4-15所示，数字量输入输出接口电路如图4-16所示。

结构：显示驱动芯片、液晶驱动芯片、看门狗复位芯片、A/D转换芯片、以及用于状态记忆的电擦写芯片等等，CPU及其外围电路和数字量输入接口电路

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L1L2L3L4L5RUNU28 MAX7219141620D02321151722U37 743214613WR512Y5PLT共阴13U38 740212ER RD11+5VAFFFH244DOUT9GNDGND19ADIG02BDIG111CDIG26DDIG37EDIG43FDIG55GDIG610DPDIG78DINDIG8CLKLOAD(CS)18ISET20212223+5V+5VC24XT1C25R41R42R43D-BUSPLUG1D0D1D2D3D4D5D6D749DB0Vdd6E110DB111DB212DB3713DB4E2514R/W8DB5A81517DB616DB7LED18R44+5V+5V6+5VU29 MAX1234TP7U29 358-71VddSCLK82AINCS736SHDNDOUT45REFGND123R45+5VR46+5VC26V40R48R47U30 93C468VddCS7SK6DCORGDIN5GNDDOUTU3689c5112341415138+5VCOM-2.4.6.8+5VV41U31 SN751768VddR17AD46BRE25GNDDE3729311245PSENEA/VPPR49113220P1.6INT0P1.3P1.4XTAL1XTAL24039D0D0P0.038D1D1P0.1P1.5P0.237D2D236P0.3D3D335D4D4P0.434D5D5P0.5P1.033D6D6P0.6P1.132D7D7P0.7P1.2ALE30WR1617RD28A15P2.7T0P2.627A14T1P2.526A13INT1P2.425A1224A11P1.7P2.323A10P2.222A8RXDP2.121A9TXDP2.09 RST/VPP4U39 74026Y05U27 7402132Y1LED背光电源U35 74LS1381A2B3CY0Y1Y2Y3G1Y4G2AY5G2BY6GNDY715141312111097Y0(0000H-1FFFH)Y1(2000H-3FFFH)Y2(4000H-5FFFH)Y3(6000H-7FFFH)Y4(8000H-9FFFH)Y5(A000H-BFFFH)Y6(C000H-DFFFH)Y7(E000H-FFFFH)+5V6458+5VR50U34 740445V42COM-1.3.5.710U33 MAX6091Vcc2RST736GNDWID4ONT6RSTRSTU32 74048A8(CP2.0)9图4-15 CPU及外围电路图

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R51PLG1-1（ST）C27R52C28PLG1-3（P11）R53C29PLG1-4（PHL）R54C30R55PLG1-5（P12）C31R56V43U45409323456789D-BUSU46 74LS245A0A1A2A3A4A5A6A7B0B1B2B3B4B5B6B71817161514131211D0D1D2D3D4D5D6D7+5VY6U444093PLG1-6（STP）V44U43409319DIR1U7-4046-1 PCP V45U424093U47 74LS24523456789A0A1A2A3A4A5A6A7B0B1B2B3B4B5B6B7DIR1817161514131211191D2D1D0V46U414093+5VR58R59R60V47U404093PLG1-6（PHO）K3C32R57V48U394093+5VY2K2K1PLG1-7（P13）C33V49

图4-16 数字量输入接口电路

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5 控制系统的软件设计

5.1概述

基于控制系统的软件设计是控制对象的动态模型，软启动控制和构成的液体使用自耦变压器起动器，电阻器等组成的具有基于固态半导体功率许多不同的元素。因此，软件的设计应充分考虑到开始由半导体开关器件在基于目标的，控制算法的发展的影响，使起动器电动机的动态模型的过程中所产生的转矩谐波的损耗更合理。

由几个不同的功率电平高速交流电机波形记录的起始过程中的研究和开发矿用隔爆型交流电动机软起动器，得出了以下结论审判：

1．负载率和电动机启动紧密联系。所以，建立基于电动机负荷模型的自动适应的，负载被自动地基于所述马达的启动时间的大小进行调整。定性，较轻的电机起动器的负荷的时间越短，较重的负载起动时间较长。电机满负荷启动时，启动时间是规定值。

2．根据第五次谐波的结构的半导体开关元件的动作控制必须能够精确地确定谐振点5HZ负转矩，更有效的过渡。实验结果表明，产生这种共振点以全速操作与只有20ms的时间间隔，即一个周期。为了实现“5HZ预想运输的算法。

3．要是操作变简单，启动和闭环控制策略，包括电压电流环这些方式， CPU将随时监控的负荷变化情况和引进根据负载条件的算法，即，电机可以实现重载起动。

从以上可知，在设计思想和软件控制策略的开发，除了要遵守设计规范，但也要足够考虑到电机软起动控制原理。

5.2触发脉冲控制的设计

晶闸管转移到生产所需的触发脉冲从微控制器必须包括同步电压检测部，相位延迟角常会，触发脉冲的时序和分销链的其他部分，它的运作方法和模拟电路是相似的。 在由反相输入端中的指令来同步CPU INT0的形式提供一个正跳变的情况下的同步检测信号。 CPU内部定时器用于检测同步信号的周期T0实现由定时器T1的定时控制

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的相位角，P1端口P1.2?P.7，输出一个触发信号，用于对三相桥式整流电路分别和P1口的P1.0?采样P1.1除法指令。并且，因为在上电复位期间MCS51 CPU，所有输出为高，以避免在一个复位信号，所有的晶闸管的驱动程序的存在，应作为一个有效的触发信号为低。也就是说，当端口输出为低电平，变为由外部触发晶闸管逆变器，输出控制用定时器T1的触发脉冲宽度高。

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主程序主程序初始化，并设置处置保护现场开放外中断关定时器T0计算脉宽定时处置并保存读入T0值并保存读入触发角指令定时器T0清0，重新启动T0看门狗处理关断T1N通过循环延时来完成未完成触发脉冲的输出IDT=1？a)Y输出全1触发角调整计算，由此确定第一个脉冲指令初值并保存计算触发角对应的定时初值，并送初值至T1定时器定时器T1中断程序置脉冲前沿标志START=1?YN输出全T1取第一个脉冲指令输出触发脉冲信号关T1计算下一个脉冲间隔的定时初值N间隔时间初值至T1IDT=1？YN触发延时角定时值减去循环延迟角关T1清脉冲前沿标志START清IDT开T1计算下一个触发脉冲，并保存R5-1=0？置IDT，R5=6开T1启动T1Y置START恢复现场返回b）返回c)

移相触发脉冲产生的控制软件流程图

a 主程序图 b T1定时中断子程序 c 外部中断程序流程

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************************** Start of Program ****************************

********************************************************************* WIDTH EQU 07H ；脉冲宽度定时计数值高8位

WIDTL EQU 0D0H ；脉冲宽度定时计数值低8位，07D0H=2000次计

数周期

ALFA EQU 31H ； DRIVE EQU 32H ；

DRIVE0 EQU 33H ；第一个输出脉冲触发信号保存单元 TH EQU 34H ；同步电压信号周期的计数值保存单元 TL EQU 35H

ATH EQU 36H ；触发延迟角的定时计数值保存单元 ATL EQU 37H

INTERVH EQU 38H ；保存60°角的定时计数值高8位单元 INTERVL EQU 39H ；保存60°角的定时计数值低8位单元 WIDTH0 EQU 3AH ；脉冲宽度定时初值高8位单元 WIDTL0 EQU 3BH ；脉冲宽度定时初值低8位单元； START BIT 01H ； IDT BIT 3CH ； ORG 0000H

SJMP BEGIN ；主程序入口 ORG 0003H

AJMP INT0 ；外部中断0入口 ORG 001BH ；定时器T1中断入口 AJMP T1_INT

；**********************************************************************

ORG 0030H

BEGIN：MOV SP，#60H；

MOV TMOD，#11H； MOV TCON，#01H；

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MOV IP，#08H ； MOV IE，#8BH ；

MOV A，#0 ； CLR C

SUBB A，#WIDTL MOV WIDTH0, A CLR C；

LOOP： CLR P3.7

MOV ALFA,#01H ；

；

SETB P3.7

SIMP LOO ；循环等待中断

；

**************************************************************************

INT0： PUSH PSW PUSH Acc

MOV R5,#6H ；设置输出脉冲计数器初值 CLR TR0 ；管定时器T0

MOV TH，TH0 ；读取定时器计数值的同步信号周期 MOV TL，TL0

MOV TH0, #0 ；清计数值，便于下次计算 MOV TL0， #0

SETB TR0 ；重新启动定时器T0工作 ；

JB IDT， COUNT ；判断IDT=1？ CLR TR1 ；否，管段定时器T1 CYC： CLR C

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