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1、数字软启动的可控硅触发系统设计数字软启动的可控硅触发系统设计摘 要本文首先介绍了软启动技术的发展现状及电机驱动存在的问题，然后根据分析提出了数字软启动的设计方案。方案以STC12C5410AD为主微控制器，根据要求配置了主要的硬件电路模块，主要有按键模块，显示模块，电源模块以及数模转换模块。其中电源模块可以为主电路提供5V和12V电压；因为所需按键较少，所以我们选用了独立式按键接口；数模转换模块采用三线串行接口芯片TLC5615,该芯片易与单片机连接；显示模块是通过译码驱动芯片CD4511输出来驱动数码管显示软启动的时间和过程。系统利用STC12C5410AD单片机中自带的AD变换将模拟输入量
2、变成数字信号，通过加减按键设置软启动的时间，并且通过显示电路显示设置时间和软启动过程，通过单片机计算软启动输出控制量，并经过片外独立的DA变换电路输出模拟量送给三相可控硅触发系统，从而实现了真正意义上的软启动。实践证明，使用数字软启动的三相可控硅触发系统，可大大提高电机及设备的使用寿命，降低设备故障率，节约维修费用，提高企业的劳动生产率。关键词： STC12C5410AD；软启动；可控硅Title : Design of Three Phase Silicon-controlled Trigger System Based on Soft-start Abstract:This paper f
3、irstly introduces the development of soft-start technology and the problem of motor-driven. Then based on the analyse , we propose a digital soft -start design. The design takes STC12C5410AD as the major MCU .According to the demand , we set the major hardware module including the main keyboard modu
4、le, display module, power module and digital-to-analog converter module. Power module can provide the main circuit voltage 5V and 12V; because of fewer keys, we chose the independent-button interface; digital-to-analog converter module used three lines Serial Interface Chip TLC5615 which is easy to
5、connect with the microcontroller. Display module takes CD4511 as the drivendecoder in order to display the time and the progress of the soft-start.The system uses AD transform which is built in the microcontroller to convert the analog input into a digital signal . Modified buttons installed through
6、 soft start time, and through the display circuit display settings and soft-start time process SCM calculated by soft-start control output volume, After chip and independent DA converter output analog three-phase gave SCR trigger system, thereby realizing the true sense of the soft start.When this p
7、roject is finished, the service life of motor and equipment can be improved, the fault rate of the equipment can be reduced, the maintenance cost can be saved and the labor productivity can be improved.Key words： STC12C5410AD; Soft-start; SCR目 次1 绪论11.1 项目提出的背景、目的和意义11.2 软启动技术发展概况21.3 本文研究的主要内容42 总体
8、方案设计52.1 软启动原理52.2 系统研究方案52.3 芯片比较63 硬件设计253.1 关于STC12C5410AD253.2 电源模块273.3 复位电路模块283.4 按键模块283.5 显示模块293.6 D/A转换模块313.7 TL072、TL431与D/A转换器接口353.8 蜂鸣器、工作状态指示灯与单片机接口363.9 配置硬件363.10 可控硅触发系统363.11 控制电路与可控硅触发系统接口374 软件设计254.1 主程序设计254.2 初始化程序264.3 加“1”子程序264.4 减“1”子程序274.5 移位子程序274.6 启动/停止子程序284.7 中断子
9、程序295 系统安装与调试315.1 硬件电路调试315.2 软件调试315.3 综合调试31结 论32致 谢33参 考 文 献34附录A 硬件电路图35附录B 硬件电路PCB板36附录C 软启动时间和电压显示过程37附录D 软件程序38I1 绪论1.1 项目提出的背景、目的和意义在诸多能源中，电能是应用最普遍、所占比重最大的，电网的安全经济运行和电气设备的最佳运行一直是电力工作者一直追求的重要指标。我国是能源生产大国，但就人均而言又是能源小国。而我国的能源浪费又十分惊人，各种产品单位产量所耗能源在世界高居榜首，就相同产值所耗能源而言，是发达国家的三倍以上。究其原因，主要是由于设备陈旧落后，管
10、理不善及不重视节能造成的。所以加强设备的技术改造和管理、推广使用先进的节能技术和节能装置是节能的主要途经1。据统计，我国拥有风机泵类设备约 4200万台，年耗电量约占全国发电量的 30%，在这些电机中，高电压、大容量电机耗电量在 80%以上。这类电机的启动和停止不仅会对电网造成冲击，而且会对电机及其拖动机械造成损伤，因此人们一直在寻找合适的方法来软启动高压电机，但由于受电力电子器件耐压的限制，尚没有一个较好的办法来解决这一问题。目前，国内高压电动机的应用几乎遍及冶金、钢铁、石油、化工、电厂、水厂、机械加工等各个行业，而高压电动机，尤其是特大型电动机(1万KW5万KW)的启动却一直困扰着许多企业
11、。高压电动机直接全压启动时，启动电流会达到额定电流的57倍，使电网电压急剧下降，这就会破坏同电网其它设备的正常运行，甚至会使电网失去稳定，此大电流还会在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，从而可能导致电机故障;并且此大电流还会产生巨大的启动转矩，给传动设备造成危害。这些都会增加企业的停工台时，增加维修费用，影响生产的正常运行，给企业带来巨大的甚至无法弥补的经济损失。而高压电动机软启动装置的研制却十分滞后。在国内，此领域尚属空白;在国外，虽然已有少数几种产品问世，但却大都存在可靠性低，价格高等不同方面的问题，使用效果不理想，无法改变行业现状。本设计结合单片机技术，电力电子技术和可控硅移相
12、触发控制技术，设计一种低成本、高可靠性的电机数字软启动的节能控制系统2。该项目技术先进，可以免除上述危害，提高企业的劳动生产率，并且与国外同类产品相比，还具有性价比高、使用方便等显著优势。1.2 软启动技术发展概况从20世纪70年代开始推广利用晶闸管交流调速技术制作的软启动器，之后又把功率因数控制技术结合进去，以及采用微电脑代替模拟控制电路，发展成智能化软启动器。目前世界上许多电气公司正在生产智能化软启动器。目前，由于许多行业的生产能力越来越大，其生产设备的驱动电机也越来越大，上万千瓦甚至几万千瓦的高压电动机投入运行的数量呈上升趋势。高压软启动技术日益受到世界各大公司重视，不断有新产品推出。美
13、国生产软启动、电机控制产品及管理系统的MOTORTRONICS(摩托托尼)公司推出的产品有:PSI, XL, MVC (200V7KV,61450A)等，该产品采用高压可控硅串联调压技术，适合于中小容量，额定电压在7 KV以下的电动机。美国罗克韦尔公司的智能马达控制器，目前也仅有额定电压7.2 KV，最大功率6615 KW.美国ABB公司的ACS 1000高频变频器 (315KW5000KW ),德国Lenze(伦茨)公司、美国ROBINCON(罗宾康)公司都生产以变频技术为核心的软启动产品，产品均为中小容量 (8000KW 以下)，具有启动性能好，使用方便等优点，同时也存在着价格昂贵、可靠性
14、稍差、维护复杂等缺点。据悉，目前也有大于1OOOOKW启动器问世，但尚未见到准确的报导。国内高压软启动器的生产厂家以前几乎没有(400V以下的低压软启动器厂家很多)，近年来由于高压软启动的市场需求越来越大，己有不少厂家捡起上世纪 50年代就在低压软启动上应用的液态电阻软启动移植到高压软启动上来，目前国内具有规模的只有湖北追日和大力公司。其它许多从事高压软启动其经营的大多是代理国外产品。值得注意的是，液态电阻软启动由于其性能较差、可靠性较低，目前在低压软启动领域已被淘汰。之所以在国内高压软启动中还有一定的市场份额，是由于国内电机启动方法的技术和设备都达不到要求，国外产品的价位又很难接受，完全是一
15、种不得已而为之的权宜之计。1.2.1 传统的启动方法a. 加大电网容量 该方法是为满足大容量电动机启动时有功功率和无功功率的要求，保证电动机启动时对端电压的要求，过去人们经常采取加大自身电网容量的办法，如采用大容量的变压器或建自备电厂，但这样又常常致使正常运行时电网负荷较轻，电力变压器处于轻载工作状况，造成能源的浪费。在以变压器容量收费的地区，使用户电费支出加大。b. 串联电抗器启动 该方法能满足降低启动电流的要求，但电机的启动转矩小，且为有级调整，切换时有大电流冲击，在大容量电动机的启动应用中受到限制。c. 自耦变压器启动 该方法能满足降低启动电流的要求，启动转矩较串联电抗器启动大，对中大容量电机的启动比较适宜，但其调整方面的问题，诸如滑动触点电弧烧损问题、碳刷磨损问题、局部匝间短路问题、切换时有大电流冲击等等，使其在实际应用中也受到限制。1.2.2 近些年来常用的软启动方法 低压电机软启动装置现在己有很多应
