基于单片机的电机保护与软起动控制

第；赭年搿一 !!鳖兰鳖篁耋!! ：茎!篓!竺：兰!望 !!竺!!!!!兰：!竺!墨!!：一—————————————』兰竺!竺：：一 基于单片机的电机保护与软起动控制 成开友+ (江苏盐城工学院电气工程系江苏盐城224003) 【摘要】介绍了一种以Mcs．51系列80c31八位单片机为核心的电动机软起动控制和保护系统． 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了该系 统的工作原理、硬件配置与软件设计方法。该软起动控制系统具有起动平稳、电流超调量小的优点，解决了电机 起动时电流冲击问题，减少了应力冲击，延长了电机使用寿命。 关键词异步电动机；单片机，软起动；保护：晶闸管 中圈分类号TP274 文献标识码A Motor’sSoft-StartingControllingandPreventingSystem BasedonSingle-ChipMicrocomputer ChenKaiyo“ (D印8啪e儿t0fEl∞“c8n曲衄ilIgofY衄c}l衄gIfls口cuteo门khdogyJj卸gsu‰h∞g22矧聊 AbstractThispaperin仃1)ducesmoLor。’ssoft—s诅ningconⅡDlliIlga11dprevenⅡngsystembasedon Mcs一5180c318bitsillgle．chiprIlicrocomputeLItprcsentsworkprinciple、hardwaresn-llctureaIld softwaredesigning．Thedesigningofsoft·staningcont蛐gandpreVennngsyste[Ils01vespmblemsin moCerstartmgandprolongsthelongevityofrnotor． Keywordsinducdonmoter；sillgle—chipIIlicrocornputer；soft—sta咐ng：preV锄dng；血yristor 三相交流鼠笼式异步电动机应用非常广泛，但当电动机直接合闸起动时，会造成高于额定电流4—7倍 的起动电流，特别是大功率电机，起动电流会严重冲击电网，降低电网供电质量并影响其他设备运行，而 且起动转矩也很大，造成的机械冲击会影响电动机本身及其拖动设备的使用寿命”l。为解决此问题，目前 大部分电动机起动时使用传统的降压起动设备，如饱和电抗器、自耦变压器、Y．△转换器等”1，只是缩短 了大电流冲击的时间，并未在本质上解决问题。而且这些起动设备还有一些固有的缺点．如对负载适用能 力差、起动电流不连续、维修工作量大等。随着工作现场对自动化、机械化要求的提高，矛盾日益突出。 因此，为解决这一问题设计了一种在起动过程中电流无瞬时冲击，且能控制其大小的软起动控制系统， 该系统除了能完成软起动功能外，还有多种保护功能(如断相、短路、过流、漏电闭锁、过热等)和控制方 式(如程控月}程控、近控，远控、慢速，快速起动等)。为保护控制功能和完善抗干扰 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ，提高了开关的可 靠性。 1基本原理 主回路原理如图l所示，图中采用了三相平衡调压式主回路，利用晶闸管的开关特性将三对反并联的 晶闸管串联于电动机的三相电路上，用单片机控制其触发角的大小，进而改变电动机起动电压的大小，控 制电动机起动特性。当起动完成后，程序控制将真空接触器闭合，短接掉晶闸管，使电机直接投网运行， 以避免元件的持续损耗。这种装置控制简单、工作可靠、装置容量大造价也较低。 2002年5月22日收稿 ·男40岁硕士讲师主要从事电频调建方面的研究 万方数据 电子科技大学学报 第32卷 2控制系统 图l主回路原理图 图3电压同步信号采样电路 控制系统的硬件配置框图如图2所示，中央控制单元采用功能齐全、价格低廉的80c31单片机，再配以 其他芯片构成主控系统【3l。整个装置电路简单，易于实现。各单元电路主要工作原理如下： 2．1电压同步信号采样及处理电路 电压同步信号采样电路如图3所示，来自同步变压器的电压信号经电压比较器、光电隔离及功率驱动 后送人80c31的外部中断(Ⅱ盯o)，以保证80c31控制晶闸管触发脉冲相位时能使之与主回路电压相位精确 可调。 2．2电流互感器电路 电动机的实时工作电流，经整流、滤波、放大、～D转换及光电隔离后送人单片机，用软件来进行非 线性补偿，作为控制晶闸管导通角大小的依据，并用数码管显示。 2．3脉冲触发电路 晶闸管触发脉冲经单片机计算后发出，经光电隔离、驱动放大、脉冲变压器隔离后送晶闸管控制极。 为了可靠触发，采用宽脉冲。用软件进行延时，精度可达o．036。。具体算法有以下三种特点： 1)IF(‘<4‘)，‘为工作电流，由电流互感器获得；2)T}IEN(％=％一l+△叻，△劝本周期及前周期的晶闸 管的触发角：3)ELsE(％=％一，)，％为本周期的晶闸管触发角增量。 图2控制系统硬件配置框图 2．4电源及信号转换电路 该电路由过流信号取样、断相信号取样、电压同步信号取样、试验检测、过流整定、开关量信号输入、 直流电源、光电耦合器、隔离放大器等组成，其作用是将外部电路的电流、电压及各种开关量信号通过适 当变换再经光电隔离传输给80c31及外围电路。另外，由控制变压器来的不同电压经滤波、整流、稳压后 变成标准工作电源供给整个系统。 万方数据 箜!塑 盛五垄箜!叁王璺丛垫墼鱼垫堡塑生墼蕉垫墼塑—————————————j主L 2．5 80C31及外围电路 该电路由单片机80c31、地址锁存器74Hc373、程序存储器27c64、输入，输出接口8lc55、定时暑静计 数器82C53、多路开关、“看门狗”电路、复位电路及各种门电路组成。它是整个系统的核心，在程序的指 挥下完成对各种信号的检测、分析、判断和处理。 3软件设计 采用模块化程序设计，其特点是思路清晰、通用性强、易于查找故障。软件主要由主程序、故障检测 模块和软起动模块等几部分组成。 3．1主程序 主要完成80c3l内部定时器、中断系统、堆栈指针、寄存器区、RAM、∞旧、8lc55、82c53等单元 的初始化。 3．2故障检测模块 主要完成起动前后的异常故障检测，如断相、过压、短路、过热等故障，作出反应(如跳闸等) 3．3软起动模块 软起动模块程序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 如图4所示，该程序采用最小电流控制原理，根据互感器送来的电流信号和电压 同步信号，经单片机计算后得到当前晶闸管触发角的大小，严格按顺序送出，实现电动机的限流起动。这 种控制方式电流超调量小，参数整定简单，对电动机参数和运行状态的变化反应快。 4结论 图4软起动模块程序流程图 图5软起动与传统起动方式的比较 试验运行曲线如图5所示，设计的软起动控制系统与传统的起动方式系统相比，具有起动平稳，电流 超调量小等优点，这在空载或轻载(负荷不大于额定负载的40％)时更为明显。其表现如下： 1)控制机理先进，性能价格比高，适合工业控制； 2)系统结构简单，与传统起动器相比无触点、无噪音、重量轻、占地面积小； 3)电动机起动平稳．起动电压可调； 4)起始时间可调，在设定的范围内，电动机转速逐渐上升。以避免转速冲击； 5)软起动后全电压起动，使电机的转速上升很快，从而缩短了起动时间； 6)该系统有断相、过压、短路检测等保护，保护整定值可预先设定或由用户指定．保护性能可靠； 7)人机界面友好，工作时显示工作电压、工作电流、最大电流，故障时显示故障原因及参数。 综上所述，此保护与软起动控制系统能够较好地解决电动机起动时电流冲击问题，减少应力冲击，延 长电机使用寿命。 参考文献 [1】黄俊半导体变流技术【M】．北京：机械工业出版社，1986 [2J扬若瑶．电动机调遣的原理与系统[M】．北京：水利电力出版社，1995 【3l何立氏．Mcs-51乐烈单片机应甩乐魄设计【Ml北京：北京航空航走太学出版社，1990 编辑刘文珍 匮‘o 万方数据 基于单片机的电机保护与软起动控制 作者： 成开友 作者单位： 江苏盐城工学院电气工程系江,苏盐城,224003 刊名： 电子科技大学学报 英文刊名： JOURNAL OF UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 年，卷(期)： 2003，32(2) 被引用次数： 9次 参考文献(3条) 1.黄俊 半导体变流技术 1986 2.杨兴瑶 电动机调速的原理与系统 1995 3.何立民 MCS-51系列单片机应用系统设计 1990 相似文献(10条) 1.期刊论文 耿大勇.马文阁.GENG Dayong.MA Wenge 基于AT89 C51单片机的异步电动机无功功率智能补偿装置 -低 压电器2009,""(13) 提出一种以AT89C51单片机为控制核心的异步电动机无功功率钾能补偿装置,给出单片机控制系统硬件电路结构图、控制软件框图及其实现方法.该装 置可实现无功功率自动跟踪补偿,使异步电动机的功率因数保持在较高水平,同时还能实现对异步电动机有效、及时的保护. 2.学位论文 杨俊和 绕线式异步电动机串级调速的单片机模糊控制 2002 绕线式异步电动机广泛应用于工农业部门的传送，生产装置和辅助装置的需要动力的场合，传统的调速方法中调速装置复杂、可靠性低、调速精度 、调速范围等静态特性差与动态响应慢，耗费电能的缺点。本文以2.2kw的电动机为例，针对以上的缺点，着重研究单片机在串级调速中的具体应用，并 对调速效率做了有益的探讨。在本系统的设计当中，主回路采用了三相零式接线，使用了广泛应用的87C52单片机构成模糊控制器，针对控制对象选用可 调整因子的模糊控制规则算法。由于采用了微机控制，用软件实现控制算法，使硬件电路 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 化，从而降低成本，提高可靠性，而且还可以进一步实现 更复杂的控制。试验证明，本系统设计的串级调速 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是可靠的，在某些应用场合具有很好的应用前景。 3.期刊论文 刘宏.刘宇.LIU Hong.LIU Yu 用单片机实现对异步电动机的保护 -南方冶金学院学报2001,22(3) 介绍了以80C51单片机为核心的异步电动机保护系统,其保护原理完善,实现了全数字化处理,具有抗干扰能力强,可靠性高特点. 4.学位论文 郭涛 基于双AT89S52交流异步电动机软起动器的研制 2009 三相交流异步电动机因具有结构简单、制造方便、运行可靠、价格低廉等优点，而在工农业、交通运输、国防工业以及其他各行各业中应用非常广 泛。但它有明显的缺点，就是起动转矩小，起动电流过大（一般起动电流为4～8倍的额定电流）。这种情况对电机本身及电网都有不利影响。为了减小 异步电动机起动过程中对电网的冲击、消除传统降压起动设备的有级触点控制对异步电动机的冲击、改善异步电动机的起动特性，本文对基于单片机控 制的晶闸管调压软起动器进行研发。 现在国内电力供应紧张，国家大力提倡节能减排，软起动器在节能方面有突出的表现。同时软起动器具有其它控制设备无法比拟的性价比，使得软 起动器的应用前景十分广阔。但是在国内软起动器市场，以国外产品居多。国外产品质量高，但是价格昂贵，性价比不高，在国内彻底普及有困难。针 对该现状，本论文设计一款以ATMEL公司的单片机AT89S52为核心的高性价比的异步电动机软起动器。 本论文设计的软起动器采用晶闸管调压方式，采用模块化设计思想，通过改变晶闸管的触发角来实现对定子两端的电压调节。从而实现了异步电动 机电压斜坡起动、限流起动和软停车等功能。 本文首先阐述了软起动器晶闸管调压电路（即主电路）的工作原理。然后利用仿真软件MATLAB搭建了软起动系统的仿真模型，对软起动的晶闸管调 压原理进行了仿真研究。仿真结果表明软起动系统可以有效地减小异步电动机起动时对电网的冲击。经过初期的仿真验证和资料收集，设计出软起动器 的硬件电路，编制和调试各个模块程序，同时对闭环控制算法进行了研究。 本文设计的软起动器操作方便简单，能够及时跟随电机负载的变化，使电机顺利起动。经过实验调试，该软起动器达到了改善鼠笼式异步电动机起 动性能的要求。在满足异步电动机起动转矩要求及降低起动电流的前提下，使电机能够平稳可靠起动。 5.期刊论文 高赟.陈青 基于单片机异步电动机节能装置的研制 -工矿自动化2002,""(4) 由异步电动机的Γ型等效电路,得出为使其损耗最小就应使电源电压随负载的变化而变化并保持Mem/U21为常数(等于额定转差率s N).根据这一结论 ,应用单片微机控制双向可控硅的导通角,设计出一种节能装置, 并给出该装置节电率随负载变化的曲线,效果较为满意. 6.期刊论文 耿大勇.GENG Da-yong 一种新型的异步电动机智能保护器 -电测与仪表2009,46(7) 异步电动机是工农业生产中最重要的拖动设备之一,因其结构简单、维修容易等优点而得到了广泛应用.但是异步电动机因短路、堵转、过载、缺相 等故障而烧毁绕组的事故时有发生.因此,安装相应可靠的异步电动机保护装置非常必要.本文提出一种以AT89C51单片机为控制核心的新型异步电动机智 能保护器,给出单片机控制系统硬件电路结构图、控制软件框图及其实现方法.本装置可替代传统的电动机保护器,实现对异步电动机有效、及时的保护. 7.学位论文 黄新迪 一种10kV异步电动机微机型保护装置的研究 2009 电动机作为拖动系统中的重要组成部分，是当今生产活动和日常生活中最主要的原动力和驱动力，因而确保电动机特别是大电动机的正常运行就显 得十分重要。
　　 本论文针对中小企业的10kV异步电动机实际运行情况，设计了以Atmega128单片机为核心，两片MAX125为交流采集芯片的电动机微机保护装置。文章首 先对异步电动机一些典型故障：过载、短路、断相、启动时间过长、三相不平衡、接地故障等做了分析，并详细阐述了应对措施和相应各种保护原理 ，包括：两段式电流保护、过流反时限保护、负序电流保护、零序电流保护、启动时间过长保护和PT断线检测等。然后，完成了保护装置的整体硬件设 计、软件的模块设计，详细阐述了正负序电流、系统频率、相位角和交流采样数据的测量方法。其中相位测量部分提出了分时复用单片机I/O口的方法 ，提高了单片机端口资源的使用效率，该方法实用性较高，也可用于测量多路相位系统。
　　 做出样机后，对保护装置做了5个测试实验：频率测量、相位角测量、时钟精度、半周12点交流采样和保护性能测试，并对实验结果进行分析，得出保 护装置测量数据符合设计要求的结论。
　　 论文最后部分对所展开的工作进行总结，并对论文后续工作方向做了展望，以期完善本课题的研究。 8.会议论文 焦志刚.林红.于露茗 基于单片机控制的交流异步电动机软起动器 2006 本文以C504单片机和双向可控硅为核心,采用双闭环控制实现交流异步电动机平稳软起动,根据起动电流变化,实时调整双闭环控制策略,自动调节电 动机起动电流.介绍了本软起动器的特点、系统组成、控制原理、硬件电路和软件框图.测试结果表明该系统有效地解决了交流异步电动机起动中容易发 生的电流振荡问题,实现了交流异步电动机的平稳软起动. 9.学位论文 梁丽慧 高压异步电动机综合保护系统的研究 1999 高压异步电动机在运行中可能会出现过载、短路、断相、接地等电气故障,这不仅会损坏电动机,而且会破坏生产的连续性.由于现有的过流保护和速 断保护不能有效的保护各类不对称故障,且由于高压异步电动机及其辅助设备在矿井中的特殊重要性,其保护问题亟待解决.该文针对高压异步电动机综合 保护目前所存在的问题,提出了系统科学的保护方法,设计了智能型综合保护系统.该系统是一种以单片机为核心的实时测控系统,它通过单片机对电动机 主回路电流、电压等信号的检测、运算、分析和逻辑判断,完成其过载、短路、断相、和接地等保护功能,并且在电动机正常运转时循环显示电动机的工 作电压和电流,而故障时显示并记忆故障状态和故障参数的大小.多种保护原理的有机结合和完善的抗干扰措施,使保护的安全性的可靠性得到了很大的提 高. 10.期刊论文 万小东.廖勇.何志明.WAN Xiao-dong.LIAO Yong.HE Zhi-ming 基于ARM单片机的异步电动机远程监测 系统的设计 -电机与控制应用2007,34(8) 为了降低异步电动机监测系统成本和不增加电机转子的转动惯量,结合异步电动机动态速度估算、电磁转矩方程和可编程低通滤波器观测磁链,实现 了无速度、无扭矩传感器的异步电动机转速和转矩的估算.系统的硬件设计采用性价比非常高的ARM单片机,12位串行A/D,以及通用电流电压传感器,大大 提高了监测系统的性价比.为了实现监测系统与远程计算机之间的通信,该监测系统还设置了MC35I无线通信模块.试验结果验证了该异步电动机转矩和转 速估算的有效性. 引证文献(9条) 1.崔俭龙.李强 电机软启动器研究[期刊论文]-农业科技与装备 2009(6) 2.甘世红.褚建新.顾伟 高压大功率异步电动机软启动性能的研究[期刊论文]-电气传动 2008(1) 3.甘世红.吴燕翔.刘雨青.衣春波 基于恒流模糊控制的高压异步电动机软起动器[期刊论文]-电力电子技术 2007(8) 4.许敏 平面机构运动数字化控制系统的设计[期刊论文]-实验科学与技术 2006(6) 5.付月明.贾民平.许飞云 转子实验台闭环控制系统研制[期刊论文]-机械制造与自动化 2006(6) 6.甘世红.褚建新.顾伟.高越农.张菊标 高压异步电动机软起动器的简化等效数学模型和实验[期刊论文]-电工技术 学报 2006(7) 7.周俊 基于DSP的三相异步电机智能软起动器[学位论文]硕士 2006 8.甘世红.褚建新.顾伟 基于开关变压器的中压异步电动机软起动器[期刊论文]-中国电机工程学报 2005(16) 9.甘世红.楮建新.顾伟.郭燚 基于限流变压器的高压异步电机软起动控制器[期刊论文]-电力电子技术 2005(3) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dzkjdxxb200302011.aspx 授权使用：许昌学院(xucxy)，授权号：3ef87af1-c529-4abc-baa9-9e55012b4b48 下载时间：2010年12月23日