我的正文

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）

U100%UU100%运行状态100%运行状态限流控制（可选）运行状态脉冲突跳电压（可选）加速斜坡（可选）加速斜坡（可选）起动电压（可选）0a)起动电压（可选）0加速斜坡（可选）起动电压（可选）t0c)tb)U100%U运行状态脉冲突跳电压限流控制（可选）100%运行状态U100%运行状态脉冲突跳电压（可选）电压基值（可选）电压基值（可选）加速斜坡起动电压（可选）（可选）td)0e)起动电压（可选）0起动电压（可选）t0f)t

图1-3 各种软起动方式下相应的起动曲线

Fig.1-3 The curves of various kinds of soft starting methods

1.3.3 电动机停车方式

与电动机的起动方式一样，为了适应各种运行场所和负载性质的要求，电动机也要具备不同的停车方式。常用的停车方式有：自由停车、软停车、快速制动等方式。自由停车是指在停车指令下达时，关断电动机的供电回路，使电动机在端电压为零的条件下，依靠电动机的摩擦转矩和负载转矩作用使电动机转速下降到零；软停车是指控制系统在接到停车指令后，控制触发脉冲角由输出值逐渐上升到150°从而使电动机电压逐渐下降，电动机转速逐渐减小到零的过程。这种停车方式在泵类场合时可以防止水锤效应发生，在传输带负载时，可以防止传输带上物件发生倒落事故；快速制动停车方式常用于一些需要紧急停车或快速停车的场合，其制动方式有能耗制动，反接制动等。一般在软起动器中常设置的停车方式有自由停车和软停车两种，其电压变化曲线如图1-4所示。

13

韩松岑：单片机软起动控制器的设计

U100%U100%停车基值电压减速斜坡切断电压（可选）0t1t0t1t a）自由停车 b）软停车

图1-4 电动机的停车方式

a）Free stop b）Soft stop

Fig.1-4 Manner of parking motor

1.3.4 软起动器的运行模式

软起动器完成起动电动机任务之后，可以有以下四种运行状态[10]： （1）跨越运行模式

晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，电压谐波分量可以完全忽略，这种方式常用于短时重复工作的电动机。对于要求实现电机软起动、软停止、节能、故障保护、报警等功能的较完整的电机控制系统，则采用这种运行状态。

（2）接触器旁路工作模式

在电动机达到满速运行时，用旁路接触器取代已完成起动任务的软起动器，这样可以降低晶闸管的热损耗，提高系统的效率。在这种工作模式下，便有可能用一台软起动器起动多台电动机。

（3）节能运行模式

当电动机负荷较轻时，软起动器自动降低施加于电动机定子上的电压，减少了电机电流的励磁分量，从而提高了电动机的功率因数。

（4）调压调速模式

软起动器既然是用晶闸管调压原理来实现的，因此也可以作调压调速运行。通过改变导通角控制电机电压，达到改变电机速度的目的。由于频率不变，电压降低时会引起电机中磁场饱和，因此这种方式调速效果有限。

本设计采用跨越运行模式

14

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）

2 硬件设计

2.1 总体硬件框图

软起动器的控制系统由两个部分组成，一个是单片机及其外围电路组成的微机控制系统，另一个是信号处理电路。信号处理电路负责主电路电压和电流信号的处理，并将处理后的电流送单片机进行A/D转换，同时该电路监视三相电流的不平衡情况，实现三相不平衡保护和断相保护，通过对三相电源电压的监视，实现过电压和欠电压保护；通过安装在散热器上的热敏开关，也实现晶闸管的过热保护，各种保护信号、经过逻辑与后，送到单片机的外部中断请求输入脚，作为外部故障信号处理；单片机控制系统主要负责参数设置与修改、电动机起停过程的控制和触发脉冲角的计算、运行状态的监视、故障的保护与处理等功能，整个电路如图2-1所示。

电机晶闸管隔离驱动电路触发脉冲输出电路电流检测电压检测转换电路驱动电路CPU系统键盘电路显示电路通信部分电路

图2-1 软起动器总体硬件框图 Fig.2-1 The hardware surtcutre of sotf starter

15

韩松岑：单片机软起动控制器的设计

2.2 主要元器件选择及介绍 2.2.1 CPU的选择

本设计分析的单片机控制系统采用AVR系列单片机的AT90S8535为主控制芯片，其内部接口丰富、功能齐全、性价比比较高[11]。具有如下特点： 1) AVR RISC 结构

AVR采用高性能、低功耗的RISC结构；

118条指令构成的精简指令集，大多数为单指令周期； 32个8位通用寄存器；

工作在8MHz时具有8MIPS的性能。 2）数据和非易失性程序存储器

8KB的在线可编程FLASH存储器，可擦写1000次以上； 512B的SRAM;

512B在线可编程EEPROM,可擦写100000次。 3）外围器件特点

两个可预分频的8位定时/计数器（T/C0、T/C2）,其中T/C2具有输出比较和PWM功能； 一个可预分频16位定时/计数器（T/C1），T/C1具有输入捕获、输出比较和PWM功能，片内模拟比较器； 可编程的看门狗定时器； 8通道10位ADC;

2通道10位和1通道8位PWM脉宽调制输出，可做D/A转换器； SPI同步接口； 全双工UART。 4)MCU特点 上电复位电路；

具有记数功能、有独立振荡器的实时时钟RTC； 低功耗空闲省电和掉电模式；

16种中断源，每种中断源具有一个独立的中断向量作为相应的中断入口地址。 5）4MHz 3V 20°条件下的功耗

16