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基于单片机的晶闸管电子软启动器设计

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相比，软启动具有启动转矩小、启动电流小、启动 时间短、对电网的冲击小等优点，提高了供电质量， 同 时 提 高 了 电 机 及 机 械 寿 命 [1-4] 。 本 文 提 出 一 种 AT90S8535 单片机为控制核心，采用反并联晶闸管 为主控回路的电动机电子软启动器以其控制方式灵 活简便、对系统冲击小和多种保护等诸多优点。
王晓军1，徐 鹏2，段景春3，梁海洪4
(1.内蒙古交通职业技术学院 机械电子工程系，内蒙古 赤峰 024005;
2.辽宁工程技术大学 电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛 125105;
3.赤峰学院 环境资源系，内蒙古 赤峰 024000;4.辽宁省电力有限公司 葫芦岛供电公司，辽宁 葫芦岛 125000）
图 2 控制系统硬件
Fig.2 hardware of control
软启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，如图 2， 另一个是信号处理电路。控制系统的界面采用键盘 输入、LED 数码管和发光二极管显示构成，用于采 样主电路工作电流信号，供限流控制、过电流保护、 过载保护等使用；由信号处理电路送来的故障检测 信号输入到 INTO 引脚，作为主电路外部故障（如
0引言
大功率异步电动机直接启动时，启动电流可达 额定电流的 4～7 倍，并且电动机转速在很短时间内 由零上升到额定转速。瞬间过大的扭矩冲击和过大 的启动电流，不仅会使电动机发热、使用寿命降低， 同时也会造成电网电压下降，影响其他用电设备的 正常运行。传统的降压启动能在一定程度上减小启 动电流，但不能消除由触点切换带来的冲击。软启 动是指利用软启动装置控制晶闸管的导通角，使电 机输入定子电压从零以预设的函数关系逐渐上升， 直到启动结束，赋予电机全电压，与其他降压启动
机缺相、欠电压、过电压、过载故障进行检测，保护电机。通过实验测试，可实现对电阻及电机的保护功能。
关键词：异步电动机；晶闸管软启动器；AT90S8535；TC787
中图分类号：TP 271.5
文献标识码：A
Design electronic soft starter of thyristor based on MCU
3 软起动器的软件设计
主程序主要完成的是系统自检、变量的初始 化、键盘扫描、参数修改等任务。程序上电初始化 后，经过自检无故障后，将 EEPROM 中的数据都 读入 SRAM 中暂存，闭合主电路开关，循环检测按 键信息并进行处理[9]。流程见图 7。
主程序
初始化
自检
从 EEPROM 中读数据
图 5 软起动器的通信部分电路 Fig.5 communication section circuit of soft
Fig.4 channel of soft starter’s current measuring
该部分电路由电容 C1~C5、C37、集成芯片 U8 （MAX232）和 RS-232 接口 CON 组成。集成芯片 U8 用于单片机的串口通讯与 PC 的串口信号连接起 来，进行电平转换。接口端子 CON 则是通过 9 针 RS-232 物理接口[7]。具体电路如图 5。
由主电路电压传感器 TV 输入的三相电压信 号，经过三相桥式整流和滤波后，得到稳定的直流 电压，该电压与三相电源电压大小成正比，将其送 到窗口比较电路与设定的上限和下限值比较，便可 以实现过电压和欠电压保护，如图 3。该电路主要 由可调电阻 R70、R71，运放 LM324（U5B、U5C、 U5D）组成。可调电阻 R70 和 R71 用于获取设定的 上限和下限电压值，由 AC/DC 电路得到的直流电 压信号与该上限和下限值比较后可实现过电压和 欠电压保护。过电压保护信号经二极管 VD1、发光 二极管 VL17 输出，而欠电压保护信号则经二极管 VL18 输出。由电流互感器 TA 输入的三相电流信 号，经过桥式整流电路和取样电阻负载后，变为直 流信号，再经过滤波后获得稳定的直流平均值，它 也是正比于电动机绕组电流的，将经过这样处理的 三相电流信号两两比较，如果都在设定的窗口范围 之内，则认为三相电流时平衡的，只要其中一个超 出窗口比较器设定的范围，则认为三相不平衡运 行；此外，三相电流信号取平均值后，送到单片机 的 A/D 转换器的模拟量输入脚，便于微机采样，图 4 表示的是单相电路，另外两项与图 4 相同。
TXD RXD
+5V
CON
VCC 1
C2
C37 7 6
1
14 16 2
C1 C3 C5
8
2
13 3
9
3
12 4
4
11 5 6
C4
5
10 9 15
7 8
GND MAX232
电动机在启动时需要随着电机转速的升高而不 断地调整晶闸管的触发角,从而调整加在电机定子上 的电压(由低到高)。而晶闸管的触发角需要脉冲触发 器 TC787 所发出的脉冲来控制。通过 AVR 单片机 控制 TC787 的移相输入电压，即可控制 TC787 发出 所需要的脉冲。晶闸管的触发角从 150 度每隔一定 时间递减 1 度到电机启动结束。如果有故障现象， 单片机发出信号，从 PB7 发出信号到 TC787 的输出 脉冲禁止端，禁止输出脉冲，直到故障结束[8]。
+15V
R70
2 6 U5D
8 1 VLM324 7
R71 GND
R29
6 U5C 2
8 1
VLM324
6
U5B
2
8
1
VLM324
7
图 3 软起动器的窗口比较电路 Fig.3 window comparison circuit of soft starter
第3期
王晓军，等：基于单片机的晶闸管电子软启动器设计
1 软启动器的控制原理
主电路图如图1。主电路每相采用两个晶闸管 反并联，与晶闸管并联的RC网络和非线性压敏电阻 （QK）是用来做晶闸管的过电压吸收的保护的；
收稿日期：2010-05-11 基金项目：辽宁省优秀人才支持计划基金资助项目（2007R22） 作者简介：王晓军（1964-），男，内蒙古 赤峰人，副教授，主要从事数控机床及工业自动化等领域的研究。本文编校：朱艳华
WANG Xiaojun1，XU Peng2，DUAN Jingchun3，LIANG Haihong4 (1. Department of Mechanical and Electronic Engineering, Inner Mongolia Vocational and Technical
College of Communications, Chifeng 024005, China; 2. Faculty of Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105, China; 3. Department of Resource & Environment, Chifeng University, Chifeng 024005, China; 4. Huludao Power Supply Company, Liaoning Electric
Power Company Limited, Huludao 125105, China) Abstract：In order to mitigate the impact on electric network caused by asynchronous motor starting, eliminate the impact on asynchronous motor resulted from equipment using traditional reduced-voltage starting method and improve the start characteristics of asynchronous motor, a high performance soft starter with AT90S8535 was developed in this study. The soft start of a motor is achieved by triggering SCR with six pulses, which are caused by controlling integrated pulse trigger TC787 with MCU. The open-phase, under-voltage, over-voltage, overload break are detected by MCU in the process of starting and running, and the motor is protected. Experimental test demonstrates that on the resistance and the motor protection can be achieved. Key words：asynchronous motor；soft starter；AT90S8535；TC787
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பைடு நூலகம்
2 ACV+ 3 ACV-
5 RS807 6
R2 7
GND R3
R59
+15V U1A
R5
R6
-15V C25 C26
6
GND
R4
R32
R30 +15V R34
R31
U3A
R33 -15V
U3C U3D
VD15
VD16 74HC24
R49 R50 +15V R72
-15V R48 R51
图 4 软起动的电流测量通道
摘 要：为了减小异步电动机启动过程中对电网的冲击，消除传统降压启动设备对异步电动机的冲击，改善异步电

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单片机软起动控制器的设计

单片机软起动控制器的设计

0前言1 异步电机的起动问题电动机是工业、农业和交通运输的重要设备，而且，随着社会生产的日益发展，电动机的应用将会越来越广，与电机配套的控制设备的性能也必将成为用户关注的焦点。

电动机的控制主要包括电机的起动、调速和制动。

三相交流鼠笼式异步电动机因其结构简单，运行可靠和价格便宜而被广泛采用。

异步电动机的起动是指电机从静止状态加速到工作转速的整个过程。

评定电动机的起动性能主要有两个指标：起动电流倍数和起动转矩倍数。

希望在起动时有较大的起动转矩以带动负载快速达到正常转速，但不希望有较大的起动电流。

一台普通的鼠笼式的异步电动机，如不采取任何施在额定电压下直接起动，它的起动电流较大而起动转矩并不相应增大。

因为三相异步电动机是一种反电势负载，即以反电势来平衡外加电压。

电动机的反电势随着转子转速的增加而逐渐增大，电动机在起动开始时反电势为零，所以起动时的冲击电流很大。

当电动机容量较大时，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，将使电动机本身受到过大电磁力的冲击，如果经常起动，还有绕组过热的危险。

同时，由于起动应力较大，使得负载设备使用寿命降低[1]。

传统的直接起动是用闸刀开关或接触器把电动机的定子绕组直接接到额定电压的电网上。

直接起动的优点是操作和起动设备最简单，缺点是起动电流很大。

一般鼠笼式异步电动机直接起动电流倍数7~4=NST I I ，严重情况下，可能达到十倍以上，起动转矩倍数2~1=NST T T 。

按国家标准GB755-65规定，三相感应电动机的最大转矩至少不低于1.6倍额定转矩，当电网电压降低15％时，仍有，不会导致接在同一电网上的其它感应电动机的停转。

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动机取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，则电动机的起动电流可能使电网电压显著下降，影响接在同一电网上的其它电动机和电气设备的正常工作.为了解决这个问题（直接起动问题），人们采用了各种降压起动技术，比较传统和应用较普遍的有自耦变压器降压起动、串电抗起动和Y－△转换、延边三角形起动、电阻调节等等。

基于单片机的晶闸管触发器的设计

基于单片机的晶闸管触发器的设计

基于单片机的晶闸管触发器的设计1 引言晶闸管也叫可控硅整流器．是目前工业应用中最为广泛的大功率变换器件。

晶闸管在烧结炉、电弧炉等整流场合主要采用移相触发控制，即通过调节晶闸管导通时刻的相位实现控制输出。

传统的晶闸管触发器采用模拟控制电路，无法克服其固有缺点。

数字式控制电路与模拟式相比，主要优点是输出波形稳定和可靠性高，但其缺点是电路比较复杂，移相触发角较大时控制精度不高。

随着单片机技术的发展，由单片机组成的控制电路的优势越明显，除具有与数字式触发电路相同的优点外，更因其移相触发角通过软件计算完成，触发电路结构简单，控制灵活，温漂影响小，控制精度可通过软件补偿，移相范围可任意调节等特点，目前已获得业界的广泛认可。

以三相桥式全控整流电路为例，介绍应用单片机组成晶闸管触发器硬件电路的设计，以及软件实现移相触发脉冲控制的方法。

2 单片机触发器的组成单片机控制的晶闸管触发器主要由同步信号检测、CPU硬件电路、复位电路和触发脉冲驱动电路4部分组成，如图l所示。

CPU通过检测电路获知触发信号，依据所要控制的电路要求，通过编程实现预定的程序流程，在相应时间段内通过单片机I/O端输出触发脉冲信号，复位电路可保证系统安全可靠的运行。

3 移相触发脉冲的控制原理相位控制要求以变流电路的自然换相点为基准，经过一定的相位延迟后，再输出触发信号使晶闸管导通。

在实际应用中，自然换相点通过同步信号给出，再按同步电压过零检测的方法在CPU中实现同步，并由CPU控制软件完成移相计算，按移相要求输出触发脉冲。

图2为三相桥式全控整流电路，触发脉冲信号输出的时序也可由单片机根据同步信号电平确定，当单片机检测到A相同步信号时，输出脉冲时序通常采用移相触发脉冲的方法，即用一个同步电压信号和一个定时器完成触发脉冲的计算。

这在三相电路对称时是可行的。

因为三相完全对称，各相彼此相差120°，电路每隔60°换流一次，且换流的时序事先已知。

基于C8051F040单片机的软启动器设计

基于C8051F040单片机的软启动器设计

基于C8051F040单片机的软启动器设计齐智文;曲兵妮;袁观娜;李祁琪;于亚运【期刊名称】《工矿自动化》【年(卷),期】2014(40)9【摘要】针对煤矿井下刮板输送机和粉碎机因启动电流大而损害电动机、影响其他设备正常运行的问题,采用C8051F040单片机控制晶闸管通断的方案设计了一种软启动器,介绍了该软启动器的总体结构,软硬件设计方案,以及电压斜坡启动、限流启动、电压突跳+电压斜坡启动、电压突跳+限流启动4种启动方式;对该软启动器的硬件电路进行测试,测试波形正确,验证了电路设计的合理性;以限流启动方式对该软启动器进行测试,结果表明该软启动器能够有效降低三相异步电动机的启动电流.【总页数】5页(P45-49)【作者】齐智文;曲兵妮;袁观娜;李祁琪;于亚运【作者单位】太原理工大学信息工程学院,山西太原 030024;太原理工大学煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学信息工程学院,山西太原 030024;太原理工大学煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TD614.5【相关文献】1.基于C8051F040单片机+BU61580架构的1555B总线通信接口模块的设计[J], 张子明;罗运虎;肖前贵;周勇军;周涛;阚艳2.基于C8051F040单片机的光电观瞄控制系统的设计 [J], 赵艳丽;吕瑞云3.基于C8051F040单片机的动态血糖监测系统的低功耗设计 [J], 潘佚4.基于C8051F040单片机的智能枪柜设计 [J], 张聪;李艾华;姚良;申森5.基于单片机 C8051F040 的 CAN 总线设计 [J], 高斌;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于单片机的晶闸管电子软启动器设计

基于单片机的晶闸管电子软启动器设计

第29卷第3期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2010年6月 V ol.29 No.3 Journal of Liaoning Technical University （Natural Science ） Jun. 2010收稿日期：2010-05-11基金项目：辽宁省优秀人才支持计划基金资助项目（2007R22）作者简介：王晓军（1964-），男，内蒙古 赤峰人，副教授，主要从事数控机床及工业自动化等领域的研究。

本文编校：朱艳华文章编号：1008-0562(2010)03-0447-04基于单片机的晶闸管电子软启动器设计王晓军1，徐 鹏2，段景春3，梁海洪4(1.内蒙古交通职业技术学院 机械电子工程系，内蒙古 赤峰 024005; 2.辽宁工程技术大学 电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛 125105;3.赤峰学院 环境资源系，内蒙古 赤峰 024000;4.辽宁省电力有限公司 葫芦岛供电公司，辽宁 葫芦岛 125000） 摘 要：为了减小异步电动机启动过程中对电网的冲击，消除传统降压启动设备对异步电动机的冲击，改善异步电动机的启动特性，提出一种以AVR8535单片机为核心高性能的异步电动机软启动器。

利用单片机控制集成脉冲触发器TC787的移相电压来产生6路脉冲触发晶闸管，实现电机的软启动。

在电机启动与运行过程中利用单片机对电机缺相、欠电压、过电压、过载故障进行检测，保护电机。

通过实验测试，可实现对电阻及电机的保护功能。

关键词：异步电动机；晶闸管软启动器；AT90S8535；TC787 中图分类号：TP 271.5 文献标识码：ADesign electronic soft starter of thyristor based on MCUWANG Xiaojun 1，XU Peng 2，DUAN Jingchun 3，LIANG Haihong 4(1. Department of Mechanical and Electronic Engineering, Inner Mongolia Vocational and Technical College of Communications, Chifeng 024005, China; 2. Faculty of Electrical and Control Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105, China; 3. Department of Resource & Environment, Chifeng University, Chifeng 024005, China; 4. Huludao Power Supply Company, Liaoning ElectricPower Company Limited, Huludao 125105, China)Abstract ：In order to mitigate the impact on electric network caused by asynchronous motor starting, eliminate the impact on asynchronous motor resulted from equipment using traditional reduced-voltage starting method and improve the start characteristics of asynchronous motor, a high performance soft starter with AT90S8535 was developed in this study. The soft start of a motor is achieved by triggering SCR with six pulses, which are caused by controlling integrated pulse trigger TC787 with MCU. The open-phase, under-voltage, over-voltage, overload break are detected by MCU in the process of starting and running, and the motor is protected. Experimental test demonstrates that on the resistance and the motor protection can be achieved. Key words ：asynchronous motor ；soft starter ；AT90S8535；TC7870 引 言大功率异步电动机直接启动时，启动电流可达额定电流的4～7倍，并且电动机转速在很短时间内由零上升到额定转速。