一种新型的异步电动机软起动器

1.3 显示电路
显示电路如图4所示，由高性能的多位LED显示驱动器PS7219控制。PS7219内部具有15×8 B RAM功能控制器寄存器,寻址方便；其复位引脚与单片机的复位端连接，LOAD、DIN和CLK端分别与单片机的P1.5、P1.6和P1.7端口连接。LOAD脚的功能是装载数据输入，当它为高电平时，串行输入数据的最后16位被锁定。串行数据的传送格式为D15~D0,其中D15~D12为无关位，D11~D8为寄存器地址，D7~D0为数据位；DIN脚的功能是串行数据输入,发送到DIN端的16位数据在每个CLK的下降沿被移入到内部16位寄存器中；然后，在LOAD的上升沿，数据被锁存到数值或控制寄存器中。

1.4 断相保护电路
断相是对电动机危害较大的一种故障，为此系统单独设置了如图5所示的断相保护电路，主要由摩托罗拉单稳态触发器MC14548和3只二极管组成的“或门”电路实现。断相保护示意图如图6所示。MC14548由上升沿触发，产生1个脉宽由外加定时元件电阻R1和电容C决定的输出脉冲。当MC14548的A端出现1个上升沿、B端为高电平时，Q端(平时输出低电平)输出1个由低到高的脉冲，经过时间τ(τ=R1×C)后从高变低。分别来自A、B、C相触发电路中计数器CD4040的RST端的3个信号经“或门”电路与MC14548的A端相连。因三相电源电压相位互差120°，故接入A、B、C三相回路的3个双光耦TLP521每60°就有1次过零，过零时3个计数器CD4040的RST端一定有1个呈高电平,经过“或门”后MC14548的4脚每60°就有1个上升沿脉冲。若设定时间常数τ的值在大于60°而小于120°所对应的时间为:3.3 msτ6.6 ms，则不缺相时，单稳态触发器将始终处于暂态，MC14548的Q端始终输出高电平，此时触发器的工作状态如图6(a)所示；若断相，MC14548的A端将出现隔120°才出现下一个脉冲的情况，此时MC14548的Q端将从暂态回到稳态，呈现低电平，此时触发器的工作状态如图6(b)所示。将MC14548的Q端连至单片机的P3.0端口，由程序检查P3.0端口，如为零则说明断相，然后进行断相处理。

2 软件系统设计
　 软件系统采用模块化设计，主要组成部分如下：
　 (1)系统初始化模块：主要完成AT89C51单片机内部定时器、中断系统、堆栈指针、RAM和各I/O口等单元的初始化。
　 (2)故障检测模块：主要完成电动机起动前后的异常故障检测，如断相和过流等。
(3)软起动模块：根据电动机电流检测信号，经单片机分析和处理后得到当前晶闸管触发角的大小，以实现电机的限流起动。以起动电流限定为2倍的额定电流为例，触发角控制算法如下：
　

　(4)A/D采样程序：该程序定时采集电流反馈量，主要在A/D中断服务程序中完成。
　主程序流程图如图7所示。

3 样机试验结果
对1台样机进行了试验。主回路采用1 000 V、200 A双向晶闸管。以5.5 kW鼠笼式异步电动机带动4 kW直流电机进行PI电流闭环控制的软起动试验，5.5 kW 电动机额定电流为12.6 A，试验中设限定电流约为2倍的额定电流，取为25 A。
图8为电机起动过程实测电流波形，图8(a)为直接起动过程电流波形，图8(b)为软起动过程电流波形。可见整个软起动过程中电流的变化很平稳，没有出现振荡现象，电机软起动时的起动电流是其稳定运行电流的2倍左右，而直接起动非常迅速，启动电流很大，直接起动时的起动电流是其稳定运行电流的5~7倍。试验结果表明，所设计的软起动器系统效果良好，起动过程平稳，无冲击和振荡。

本文提出了一种以AT89C51单片机为核心的新型异步电动机智能软起动器的设计方法，本装置集电动机软起动、软停车和多种保护功能于一体，还可以实现电动机的轻载节能运行。经试验运行表明，该装置设计合理，运行可靠，具有较好的实用价值。
参考文献
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