基于80C196鼠笼式交流异步电动机软启动器设计.docVIP

基于80C196鼠笼式交流异步电动机软启动器设计 　　摘要:介绍三相交流调压电路的软启动的原理,提出一种具有双闭环控制结构的电机控制系统。该控制系统的核心是80C196KC单片机,通过控制晶闸管导通角的变化来调节电动机的起动电流,能实现连续无级调节电机启动。采样部分采用算数平均滤波,提高系统的抗干扰性能。 　　关键词:软启动 80C196KC 双闭环控制 (算数平均滤波) 　　 　　0 引言 　　 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。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,据统计,其耗电量约占全国发电量的30%以上,与电机配套的控制设备也必将成为大家关注的焦点。电动机的控制主要包括电机的启动、调速和制动。当电动机从投入电网时,电动机从静止状态升速到达稳定运行的转速,这一过程称为启动,鼠笼式异步电动机的启动性能最重要的参数是启动电流和启动转矩。传统的电机启动方法,除小功率的电机以采用直接启动外,大、中型电机一般采用定子串电抗启动、Y-Δ启动,自耦变压器启动,延边三角形启动4种方法。所有这些还有一个共同的缺点,就是电流幅值、启动时间不可调节,由于这些诸多因素的影响,造成许多电动机的损坏,甚至烧毁,每年给国民经济造成损失,其中重要的原因电动机的启动电流过大,一般是额定值的5至7倍。软启动器(soft starter)是一种基于交流调压器原理的电力电子设备,用于实现交流电机的软启动控制。目前软启动主要有以下五种启动方式:限流启动,斜坡电压启动,转矩控制启动,转矩加突跳控制启动,电压控制启动。本文利用80C196KC的HSO口输出的占空比可调的PWM波电流信号波形,通过控制晶闸管导通角的变化来调节电动机的启动电流,从而达到电动机软启动。 　　 　　1 软启动原理 　　利用三相晶闸管可以实现三相电压的调压,其电路图见图1。 　　调压原理为:晶闸管门极的触发相序是VT1、VT3、VT5,触发相序依次滞后120°,VT4、VT6、VT2的触发相序又分别滞后于 VT1、 VT3、 VT5180°,这样,VT1―VT6依次滞后60°。当触发角改变时,三相相电压也随之变化。 　　利用调压原理来实现平稳启动电动机,其??回路原理图见图2 。 　　其工作原理为:在电动机启动开始时,Q1闭合,控制晶闸管的触发角为最大,即180°,此时,电动机的启动电流为0,逐渐减小晶闸管的触发角,使启动电流逐渐平稳的上升,当达到电动机电流的额定值后,Q2闭合,Q1断开,晶闸管电路被旁路掉,软启动装置退出运行。 　　 　　2 单片机系统的硬件设计 　　系统采用三相分支双相控制电路,可控硅触发脉冲的产生与移相由微机控制输出,经过功放电路送到可控硅的门级,速度给定信号与速度的反馈信号的偏差作为速度控制器的输入信号,而速度控制器的输出信号与电流的反馈信号的偏差最为电流控制器的输入信号,电流控制器的输入信号经过光电隔离去驱动晶闸管达到调速的目的。图3以80C196KC单片机为核心的控制系统硬件结构。 　　80C196KC是CHMOS高性能16位单片机中第二代产品有68个引脚,5个8位I/O输出口,其中P0是只用于输入的口,与A/D转换器的模拟输入端共享引脚;P1是准双向口;P2是多功能口;P3和P4可作双向口或系统总线。6个HSO输出端口,4个输入端口。有3个PWM(脉宽调制)输出。 　　2.1 同步电路 　　同步电路的功能是,在对应的晶闸管承向正向阳极电压的初始点(即控制角α的起算点)发出一个CPU能识别是哪一相同步信号的中断脉冲Utp1,CPU根据Utp1和要求的α角,进行延时控制,输出相应的触发脉冲。同步配合的原理说明如图所示。 　　触发电路的同步配合主要是依靠同步变压器及RC移相电路来实现的。要求触发电路的同步电压信号与对应的晶闸管承受的正向阳极电压同相位,或有一定的相位关系。同步电路的硬件电路: 　　 来自同步变压器的二次电压Ua、Ub、Uc与晶闸管三相全控桥的三相交流电压同相位UA、UB、UC,经RC滤波电路(附加相移300ordm;)、波形变换、光祸隔离、整形电路后输出三相方波电压,记为KA, KB, KC。三相方波分别送给80C196KC单片机的P01口的P1.0、P1.1、P1.2端。CPU根据KA、KB、KC的值能判断三相交流电源的相位。三相方波信号经D4、D5、D6异或门电路产生6倍频的脉冲信号Utp,脉冲宽度取决于R、C电路的参数。 　　2.2 系统软件设计 　　(1)移相控制:移相控制时通过同步中断脉冲开始后的延时控制来实现的。同步中断脉冲的硬件电路前面已述。移相控制是由软件来实现的。对于工频交流电源,每个工频周期为20毫秒