电动机软启动器设计

  摘 要

三相异步电动机因为它的构造简单、制造方便、运行可靠、价格低等优点而被广泛应用在工业、农业、交通运输业等其他各行各业中。然而它也有明显的缺点:启动时电流过大。过大的启动电流容易对周围电网冲击影响别的用电器运行同时也容易因为过热影响使电动机线路老化降低使用寿命。软启动器能够改变电动机启动特性消除传统启动中存在的缺点保证电动机可靠启动而且还能进行微机智能控制有很好的节能效果。因此采用电动机软启动技术是很有必要的。本文中通过分析三相交流异步电动机软启动器工作原理，以AT89C51单片机为控制核心，应用晶闸管的调压技术来设计软启动的硬件电路，由检测电路，驱动电路，显示及开关电路，脉冲触发电路部分组成。软件部分用单片机C语言编程，调试写出仿真程序，最终通过软件和硬件结合的方法来实现电动机的平稳启动。

关键词：软启动器，异步电动机，晶闸管，单片机

DESIGN OFSOFT-STARTER IN ASYNCHRONOUS MOTOR

ABSTRACT

  Three-phase asynchronous motor because of his simple structure, easy to manufacture, reliable operation and low price have been widely used in industry, agriculture, transportation, and other walks of life. However, it also has significant disadvantages; startup current is too large. Excessive starting current is easy on the surrounding grid shocks run other appliances also easy because the aging of the motor overheating effects reduce the service life. In order to reduce the induction motor during start-up the impact of the surrounding traditional startup power a star delta conversion starts, autotransformer starting, starting to reduce the electrical impedance string plus the voltage in the stator winding so as to achieve the purpose of reducing the starting current . Soft starter can eliminate traditional boot device level contacts with the impact of change on motor motor motor start feature ensures reliable starting and microcomputer intelligent control can be a good energy saving effect. So using motor soft start technology is the future trend. This paper analyzes the three-phase AC induction motor soft starter works to AT89C51 microcontroller core, application thyristor regulator technology to design the hardware circuit soft start by detecting circuit, driver circuit, display and switching circuits, pulse trigger circuit and other circuits to achieve the purpose of controlling the motor smooth start.

KEY WORDS:Soft starter，asynchronous motor，thyristors，MCU

目　录

前　言

第1章 绪论

1.1 三相异步电动机软启动器

1.1.1 三相异步电动机软启动器研究的目的和意义

1.1.2 软启动器在国内外研究的现状

1.2 软启动器简介

1.3 软启动器设计思路

第2章 软启动器的工作原理分析

2.1 交流异步电动机的软启动

2.2 软启动器工作原理的分析

2.2.1 软启动器主电路设计

2.2.1 软启动器起动方式

2.3系统整体方案

第3章 软启动器单片机硬件设计

3.1 单片机介绍及选择

3.2 单片机主控单元电路设计

3.3 开关及显示电路设计

3.3.1开关电路设计

3.3.2 显示电路设计

3.4 信号检测电路设计

3.5 驱动电路设计

3.6 电流检测电路

3.7 A/D转换电路

第4章  晶闸管脉冲触发算法研究

4.1 触发脉冲控制的实现方法

4.2 触发脉冲控制算法的设计

第5章 软启动器的软件设计及仿真

5.1 单片机主程序设计

5.2 软启动器启动方式选择程序设计

5.3 同步信号处理程序设计

5.4 晶闸管触发程序设计

5.5 触发角计算、转换与定时器初始值装载程序设计

5.6 电机电流检测保护程序设计

5.7 程序仿真

5.8 生成的电路版图

结 论

谢 辞

参考文献

附 录

前　言

三相异步电动机因为它的成本低，可靠性高和维护容易等特点在工业领域中被广泛应用。但它的启动电流是额定电流的5到7倍。当电动机频繁启动时太大的启动电流由于热量的积累可以使电动机过热加速电动机的绝缘老化，大大减少电动机的使用寿命。大的电流还会对周围电网带来冲击，影响别的电气设备的正常使用，甚至可能带来严重后果。频繁的启动电动机，还会因电机的短路、缺相、过流、欠压等故障影响设备正常运转。

随着电力电子技术和微计算机控制技术的发展，国内外先后开发出了用晶闸管做为开关器件，单片机为控制的核心的电子软启动设备，用来控制异步电动机的启动，从而取代自耦降压，星三角降压等传动的启动设备，使异步电动机启动过程更平稳，大大减缓了对电网的冲击，降低了机械设备的振动,而且可以根据电动机不同负载改变电动机的功率因素从而达到节能效果,同时它能够对异步电动机的运行进行多种保护。软启动器解决了电动机启动时存在的各种问题，因为软启动器能够使输出电压缓慢增加，电动机逐渐加速，从而降低了启动电流，实现了电动机的平滑启动，使它更加广泛、可靠的应用在工业生产中的各个领域。

…………

…………

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附　录

仿真总程序

#include <reg51.h>

int flag=0;     //软启动器标志位其值可为0、1，表示电动机启动和制动

int flag2=0;    //显示标志位

int flag3=0;    //数码管轮换标志位

int T=1;        //来表示即将触发的晶闸管的标号

int jiao=0;    //表示晶闸管的触发角

int num=0;     //表示同一触发角的触发次数

int num2=0;    //表示表示同一周期内晶闸管的导通个数

sbit P10=P1^0;

sbit P11=P1^1;

sbit P12=P1^2;

sbit P13=P1^3;

sbit P14=P1^4;

sbit P15=P1^5;

sbit P16=P1^6;

sbit P17=P1^7;

void delay () //60度延时程序

{

 int i,j,k;

 for (i=0;i<30;i++)

  {

    for (j=0;j<10;j++);

    for (k=0;k<10;k++);

  }

  for (i=0;i<333;i++);

}

void display () //显示程序

{

  P17=P1^7;

  P17=~P17;

  if (flag2==0)

     {

       if (flag3==0)

         {

           P0=0x06;

           P16=P1^6;

   P16=~P16;

           P17=~P17;

           flag3=0;

         }

       else if (flag3==1)

         {

           P0=0x06;

           P16=~P16;

           flag3=0;

         }      

     }

   else if (flag2==1)

     {

       if (flag3==0)

         {

           P0=0x5B;

           P16=~P16;

           P17=~P17;

           flag3=0;

         }

       else if (flag3==1)

         {

           P0=0x06;

           P16=~P16;

           flag3=0;

         }      

     }

   else if (flag2==2)

     {

       if (flag3==0)

         {

           P0=0x3F;

           P16=~P16;

           P17=~P17;

           flag3=0;

         }

       else if (flag3==1)

         {

           P0=0x5B;

           P16=~P16;

           flag3=0;

         }      

     }

}

void qidongfangshi ()  //开关检测程序，用来选择软启动器的工作方式

{

   while (P3&0xff==0xff); //当没有开关闭合时

   if(P3&0x01==0x00)  //当闭合从零启动的开关

       {

         flag=0;        //软启动器工作方式

         flag2=0;       //显示标志

         jiao=150;      //初始触发角

       }

     else if (P3&0x02==0x00)  //当闭合从半压启动的开关

       {

         flag=0;

         flag2=1;

         jiao=75;

       }

       else if (P3&0x03==0x00)  //当闭合软停车的开关

         {

           flag=1;

           flag2=2;

           jiao=0;

         }

}

void jisuan () //触发角转换与定时器的计数值装载程序

{

  int jishuzhi;

  float mid;

  mid=0.02/360*1000000;

  jishuzhi= 65536-(int)(mid)*jiao;  //定时器的初始值

  TL0=jishuzhi&0x00ff;     //初始值的低八位装载到TLO中

  TH0=(jishuzhi&0xff00)>>8; //初始值的高八位装载到THO中

}

void tongbu (void) interrupt 0 using 3  //外部中断0的中断程序，即同步检测程序

{

  if (num==9)        //当同一脉冲角已经达到保持给定的时间时（同一触发角重复10次）

     {

       num=0;

       if (flag==0)  //电机工作在启动状态

          {

            jiao-=5;   //脉冲角每次以5度减小

            if (jiao<=60&&jiao>0)

               {

                 T=1;   //从1号晶闸管开始导通

                 jisuan ();

               }

             else if (jiao<=120)

                     {

                       T=5;   //从5号晶闸管开始导通

                       jisuan ();

                     }

                    else if (jiao<=150)

                             {

                               T=6;  //从6号晶闸管开始导通

                               jisuan ();

                             }

          }

         else if (flag==1) //电机工作在软停车状态

           {

            jiao+=5;   //脉冲角每次以5度增加

            if (jiao<=60&&jiao>0)

               {

      &n