3系统硬件配置异步电动机智能控制硬件设计讲解

1、3系统硬件配置节能软起动实现了闭合无触点，大大加强了起动器的可靠性、安全性和适应能力，并提高了使用寿命和精度，便于实现多功能、高性能和免维护化等。同时，电子化的起动器节约了大量金属材料和贵金属该起动器通过程序降压起动，既改善了电动机起动时对电网的影响，降低了电动机起动自身所承受的校大机械冲击力，随着电动机起动升速，自动增加起动电压，使电动机加速起动。对风机、泵类及带负载起动的电动机起动性能优点显著。因起动升速平滑、无噪声、无振动、无火花，从而提高电动机及机械传动设备的可靠性和使用寿命 按上述方案设计的系统原理图，如图所示，主回路采用三相对称的型连接，采用三只双向晶闸管实现调压。同时配有交流接触

2、器，以便在更高电流时切换以节能。由于双向晶闸管不仅能用正脉冲触发，也能用负脉冲触发，故其触发电路可以大大简化，系统由主回路和控制回路两大部分组成。在主回路中，为防止误导通，线路采用两个措施：1. 每只双向晶闸管两端并接阻容吸收装置2. 信号灯OD、LD、HD除了做开关接停信号外，并兼做电动机断相能量释放辅助通道，系统的控制回路可由下述各单元电路组成。2.1主回路原理图见图2.1，电机、双向晶闸管成了主电路。因为晶闸管具有响应时短、效率高、无杆动部件、无火花、寿命较长，而且体积小、重量轻的特点。以它为主要元件制成的交流电力控制器，是一种较好的弱电控制信号与交流负载间的接口，所以本系统采用了三相平

3、衡调压式主回路，把三只双向晶闸管串接在电动机的三相电路上，三只双向晶闸管的触发极受智能综合控制器中的自适应触发电路控制，通过触发电路的输出改变晶闸管控制角的大小来控制晶闸管的开通程度，从而改变电动机定子电压的大小来控制电动机的运行特性主回路采用自动开关DW10-200B作过载，过压短路保护，同时快速熔断器作为过流保护。为防止误导通，双向硅两端并接阻容吸收装置。同时，配接交流接触器，以待负载超过40%In时切换以节约电能。图2.12.2同 步 电 路2.2.1原 理 图 图2.22.2.2工 作 原 理 由电源侧来的线电压信号经过2个电阻和1个二极管，变成半波交流信号。这个交流信号在正半波时触发

4、光藕导通，从而使得右侧输入处于高电平信号；而当光藕左侧交流信号处于低电平时，光藕截止，那么右侧输出低电平。这样周而复始，输出的为周期等于电源周期的方波信号。而高低电平持续的时间也基本与电源侧正负交流信号所持续的时间大致相同。该方波分别接到74LS123的两个触发器输入端2和9上,通过2端输入的方波的上沿触发74LS123,在输出端13上输出一个脉宽由R1、C1确定的脉冲。三相过零器端经74LS123综合在一起经光电隔离送HIS.0入口产生中断,同时,输入端9端输出一脉宽由R2、C2确定的脉冲。这两个脉冲系列经74LS02后即形成交变信号的正负过零脉冲，三相综合经或门送给EXINT作为触发参考时

5、间。注：（参考“一种基于80C196KC的电子软起动器的软硬件实现”电气时代2004-4-P114。）74LS123双可再触发单稳态多谐振荡器。可在CEXT和REXT/CEXT之间外接一定时电容，为改善脉冲宽度的精度和重复性，可在REXT/CEXT和Vcc之间外接一电阻，并将RINT开路。为得到可变脉冲宽度，可在RINT(或REXT/CEXT)和Vcc之间外接一可变电阻。74LS02或非门 图2.32.3 8098最小系统电路2.3.1工作原理图 图2.42.3.2 工 作 原 理8051最小系统是指8051单片机及其外扩一片EPROM。EPROM（2764）的低8位由单片机总线P3.0-P3

6、.7经74LS373锁存器提供高电压，利用接口P4.0-P4.4提供。P3、P4所提供的内容先代表片外存储器的地址总线，当P3和P4共同指出地址后，P3还要成为数据总线，故要用一个地址锁存器来锁存P3第一次提供的状态。8098无片内EPROM，所以必须外接程序存储器，只存放程序和表格。注：（参考孙和平、杨宁、白晶编著单片机原理与接口技术P369）2764紫外线擦除的可编程只读存储器芯片。28脚双列直插式封装。工作电流75mA，待机状态电流35mA，读出时间最大250ns。74LS373八缓冲器/线驱动器/线接收器（地址锁存器） 2.4 反相、断相运行检测电路2.4.1 工作原 理 图图2.52

7、.4.2 工作原理当正确连接时，即供电电网的三相按U、V、W的顺序分别接到晶闸管的阳极、栅极和阴极时，通过晶闸管平均值较大（因为在某相的半个周期内晶闸管是接通的），这使得输出为一周期固定（20ms）的宽脉冲，其脉冲宽度为9ms。如不正确，那么将使晶闸管倒通时间很短,这使得输出一脉冲宽度3ms的窄脉冲,周期同上.如果三相中任何一相出现故障,在晶闸管中没有电流通过,则输出为零。如何使宽窄脉冲中的宽度区别更大，则可通过调节R2、R3、R4得到。单片机通过比较一个周期内的脉冲宽度可以得出三相为断相、反相或正相。OUT输出波形如下：12ms 9ms 正相反相3ms断相图2.6注：（参考“交流限流起动异步

8、电动机无触点转换开关的研制”电气时代2001-3-P40）2.5电流检测电路2.5.1 原理图图2.7 2.5.2工作原理 电动机在轻载或空载时的工作电压低于额定电压，在此情况下电机才能节能运行，电流检测电路把检测的电流输送的8098，使其与8098内的设定值比较当低于额定电流40%时直接进入节能运行，既有8098控制调节角使其不变和可变损耗都降到最低，从而达到节能的目的。而功率因数达到0.45时，电动机在节能运行方式下就己不能节能了，而功率因数到达0.45时，电动机定子电流大约为额定电流的0.4倍，于是当电动机定子电流为额定电流的0.4倍时，逻辑电路自动转换到全压运行状态,电机全压运行.电动

9、机过载反映在电流上就是负载电流过大，所以要在电动机过载时保护电路动作，只须对负载电流进行检测。电流检测是利用串接在主电路中的电流互感器副边感应的微变电流经过二极管整流和电容滤波，变成直流稳定分量，最后经比较环节和光电隔离送给8098的端口，为单片机提供变化的参量，限制电流使其总处于额定参数范围内，否则产生中断请求，停发脉冲。注：光电隔离保护是使用一个光藕将电子信号转换为光信号，在另一边再将光信号转换回电子信号。如此，这两个电路就可以互相隔离。2.6 零序电流检测电路 2.6.1原理图图2.8 2.6.2工作原理使用零序电流互感器，检测到零序电流不为零时跳闸，实现接地保护 注：（参考“一种新型的

10、数字化多功能感应电动机保护装置”电工技术杂志2000-12-P6）2.7不平衡电流欠压和过压检测电路2.7.1 原理图A1同相跟随器 A21:1的差动输入放大器图2.98098单片机自身配置的A/D转换器分辨率的高低,直接决定系统的控制精度。另外，8098的A/D转换器在工程应用中存在如下问题：(1)8098转换器要求输入0+5V单极性电压，而实际系统（如可逆系统）的某些被测参数采用-10V+10V双极性模拟电压。(2)单极性模入电压与8098A/D转换数字量编码为10位无符号数的关系。而有些计算机控制系统要求参与运算的数字量是用2的补码所表示的带符号数。(3)直接利用双极性变换电路输出的模拟

11、电压送到8098ACH的一个通道进行A/D转换，要占用一位代码作符号位，以确定输入电压的极性。这样导致分辨率降低一位，因而使系统控制精度（稳态）降低一倍。(4)8098单片机只有四路A/D转换通道，若要求分时进行多路(超过四路)输入,将使8098输入通道资源紧张。针对上述问题，这里提出了一种方法。在不改变8098片内转换器结构的条件下，采用双极性模拟输入转换器，来解决上述问题。将-10V+10V之间变化的双极性模拟量变换为0+5V的单极性模拟量。 2.7.2 工作原理通过电流、电压互感器将电流、电压值变换成在-10V+10V范围内，再由双极性模入转换装置存入单片机8098内存中，最后通过不平衡

12、电流、欠压和过压处理子程序进行分析处理，根据判断结果输出相应信号。2.8 脉冲形成电路 2.8.1 原理图图2.102.8.2 工作原理2、3脚分别接芯片脚和脚，而GA1、KA1和GA2、KA2分别接某一相正反1对晶闸管的触发极和阴极。由于PWM引脚是由软件设置在不断产生一定占空比的脉冲信号，因此如果想在某一时刻触发该相的晶闸管，只要在这个时刻通过软件设置将连接到该电路的HSO引脚置为低电平，并保持一定宽度时间就可以实现。而是正相倒通还是反相倒通，则取决于加在该相晶闸管两端的电源正负了。脉冲变压器采用1：1：1三线圈型，二次侧串联一个电阻，既降低晶闸管的维持电流，还可以在这种接有2个晶闸管的三

13、线圈变压器的场合中用来平衡控制极电流，还可以在高噪声电平的场合防止误触发，串联一个二极管，为了在脉冲变压器输出电压瞬变或反相时防止反相控制极电流，并且可以降低晶闸管的维持电流。并联RC回路，为了在感性负载时晶闸管正确换流。 注：（参考“一种基于80C196KC的电子软起动器的软硬件实现”电气时代2004-4-P114。）2.9测速发电机测速测速发电机输出电压为30V。在速度反馈接口中，采用运算放大器，电阻电容组成有源滤波器，它的作用有两个：抑制电机微振时使发电机产生的高频噪声；把测速发电机的输出电压降到A/D转换输入口所允许的范围。为了抑制高频噪声，所设计的滤波器应为低通滤波器，为了降低测速发

14、电机的输出电压，放大系统应为小于1的放大器。 2.9.1原理图图2.112.9.2工作原理测速发电机输出最高电压为30V，电阻R3、R4分压后在R4上形成15V左右，放大滤波后产生输出电压为5V，再通过加入偏置电路把5V电压变为0+5V电压送到8098的ACH7口进行数模转换，它们的变换关系如表所示。电机正转时转换数据为84HFFH，电机停止时转换数据为80H。电机反转时转换数据为00H7FH。VREFVINAVIND+5V-5V0V00H0V2.5V80H+5V5VFFH2.10其他电路2.10.1报警显示电路图2.12当系统发生过流、断相、反相、欠压等故障时，配有灯光显示电路并由蜂鸣器报警，绿灯亮表示一切正常，红灯亮绿灯灭同时报