交流异步电动机软起动器的硬件设计(6)

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的参数来确定的，起到分流保护的作用。C1，C2为电解电容，这种单位体积电容量非常大，耐用，而且价格也比较便宜。它的范围是1-47uF，此处为了安全考虑，都选用47uF，R10是保护电阻，一般1K足以保护电容不被击穿。此处的作用是交流旁路电路，作用是滤波。

图4-7是主电路调压器部分的保护电路，因为设计中用到的是三相交流电源，这里只研究一路，其余的两路和这个部分是一模一样的。

4.3 晶闸管触发电路设计

在本次设计中，晶闸管能否导通，能否按照设定的角度导通，是整个设计的关键

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。在本设计中，设计了触发电路，目的就是为了能够很好的辅助设备导通。晶闸管(1)触发信号需要功率。对触发的设备和晶闸管的设备来说，前者要大于后者，

对触发电路产的基本要求:

才能够驱动电路。否则是不会导通的。

(2)脉冲需要宽度，本设计中，合理的脉冲宽度，是导通的前提，所以需要保证一定的宽度。

(3)触发脉冲的移相范围要在驱动晶闸管的范围之内。移相范围过小或者过大，都不能使晶闸管正确的工作，所以正确的范围是能都保证本设计出正确结果的关键。

(4)脉冲信号要和电源的电压信号同步。这是让晶闸管导通并流过电压的关键，只有二者同步，晶闸管才可以控制电机的起动，晶闸管起到应有的作用。

参数计算：

图4-8中MOC3022是光可控硅，它的驱动电压为3V，电流为50mA，耐压为250V，驱动电流范围5-10mA；R6，R7是上拉电阻。光耦合器要合理的使用，它在5V工作时，是有一定的限制，上拉电阻不应该小于5K，本设计中用的是通用值10K。图中的BC337为NPN型小功率三极管，作用是开关，它的发射极的基极电压为5V，集电极电流800mA，集电极发射极饱和电流为0.7V。

图4-8中的74LS04是6非门。原理很简单，就是输入正的，出来是相反的。比如把1变为0。工作范围大小为5V。R9用的是碳膜电阻，本设计根据电阻的属性，用作保护功能。一般这类电阻的范围是1?到10M?。因为它的价格便宜，品质稳定，所以电路中经常用到，根据反相器的电压，这里设定为1K。

在此需要注明的是，电路中的保护电路的电阻，用的均是碳膜电阻，因为它连接端都是5V，所以本设计中的阻值均设定为1K，以下的电路图中，就不在过多的解释。

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图4-8 晶闸管触发电路

4.4 软启动器电流保护电路设计

电路保护，在电路中起到至关重要的作用。本设计的电流保护，核心是一个电压比较器，设定一个合理的电流，5.5倍标准电流，设置这个数，是根据常规的限流值规定。将电路连接在电机的进入端和单片机，当电流大或者过大，都可以通过比较器进行对比，如果不在范围之内，由控制芯片做出反应，进行信号处理，并将对的信号输出，以此来保证电路的安全，和能出正确的仿真结果。以下是设计的过流保护的电路如图4-9所示。

参数的计算：图4-9中用的是LM393电压比较器，它是高增益，宽频器件，工作范围2V至36V。RV4，RV5都是50K，作用是调节电压。R50，R51都是上拉电阻，阻值是1K。R51和RV5共同作用，调节比较器电压。比较器输出端有一个上拉电阻，它的输出才能是高电平。C22，C23都是独石电容，此处的作用是滤高频。独石电容是多层陶瓷电容器的别名。它的范围是(10pF-10uF)，电容量大，占用空间小，耐用，价格低廉。此处为了电路的能更好的滤拼，电容值均选取最大值。R48，R52在电路中起到限流的作用，根据电压的值，一般选取的阻值为4.7K，C21为电解电容，作用是虑低频。R49阻值为10K，它并联在比较器的两端，起到保护的作用。图4-9中D16，D17，D18，D19，D20，D21组成整流电路。

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图4-9 电流保护电路

4.5 电压保护电路设计

铁损增加，效率降低是电机处于过压运行时的具体体现。铁损的增加，会引起铁芯的温度升高、设备容易损坏，而且使用寿命比较短。所以本设计中，电压电路的设计，至关重要。经过查询资料可知，1.1倍的额定电压，可以认为是过电压。0.9倍的额定电压，认为是欠电压。

电压保护电路时根据电流保护的电路图的基础上设计出来的，所以大多数的参数和电流保护设计的一样。电路的原理是设定一个安全的电压值范围，当电路运行的时候，将电压和设定的范围比较，如果超出这个范围，电路生成一个反馈信号，经过电路反馈给控制系统，再进行电压调节，以此来保证电路的安全和出正确的结果。在发生报警后，我们需要及时的检测是否是过压还是欠压，及时的修改电压输入值，一个是要确保设备的安全，另一个只有正确的电压和脉冲，才会得出正确的结果。

4.6 接触器控制电路设计

接触器就相当于一个开关。它可以切除并联在它两端的设备，形成短路。这样做的原因是节省成本，增加使用寿命。接触器需要一定的功率才可以动作，但是单片机输出的功率不能达到这个值，所以在实际设计的电路中，设计了一个控制电路，它可以完美的接受信号和电流，并进行功率的转变，致使接触器能正确的动作。接触器控制电路如图4-10所示。本设计中使用一个I/O口即控制三个接触器线圈，图4-10只

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是演示了一路接触器的控制线路。本设计设定的“1”为高电平，就是有效信号，当设备接受这个信号时，接触器开始动作，完成指定的指令。相反的，当收到低电平的时候，电器就会做相反的动作。

参数计算：图4-10中的BC337为NPN型小功率三极管，有放大作用，此处的作用是开关，它的发射极的基极电压为5V，集电极电流800mA，集电极发射极饱和电流为0.7V。R35是保护三极管电阻，由于是单片机接口，电流比较小，为了方便计算，阻值设定为0.01K。R36是反馈的作用，阻值为10K。电容C10起滤波作用，它的阻值是4pF。根据公式RLC?(3~5)T/2，求出的C10的阻值大小。其中T为电网交流电压的周期，我国的一般为50HZ。RL的阻值取值1K。D9防止三极管截止时的反峰电压损坏设备和单片机的I/O口。

图4-10 接触器控制电路

4.7 模数转换电路设计

该设计选用ADC0809作为模数转换芯片。该芯片具有8路模拟信号输入，8位数字量输出信号。它的转换原理是逐次逼近式的，输出的数字信号可直接送进单片机内。ADC0809引脚功能见表4-1。图4-11可知ALE信号线用来控制地址锁存器，地址线共有A、B、C三条。当ALE=1时，则进行地址锁存，此时输入信号的通道为地址线所选择的通道。地址线与信号通道的对应关系见表4-2。

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ST与CLK共同控制模数转换器，CLK为时钟输入信号线。由于ADC0809的本身并没有时钟电路，所以时钟信号要由单片机内的定时器来产生脉冲信号，它工作的频率一般为500kHz。ADC0809的内部逻辑结构如图4-11所示。

表4-1 ADC0809引脚功能

引脚 功能

D7-D0 8位数字量输出

IN0-IN7 8位模拟量输入

ST A/D转换启动信号输入端

ALE 地址锁存允许信号输入端

EOC 转换结束信号输出

OE 输出允许控制端

CLK 时钟信号输入端

图4-11 ADC0809内部结构图

表4-2 通道选择

C 0 0 0 0 1 1 1

B

0 0 1 1 0 1 1

A 0

1 0 1 0 0 1

选择的通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN6 IN7

ADC0809的工作过程：首先将ALE置为高电平，进行信号通道选择，然后将ST和OE置为低电平，开始进行转换。转换完毕时单片机判断EOC引脚是否为高电平，当为高电平时则表示模数转换已经完成，将转换完的数字量通过D7-D0输出通道送单片机内进行数据处理。转换芯片采用逐次逼近式计算方法为将模拟数值减去

27?0.0196若大于等于零则D7位为1，否则为0。然后再用剩余的值减去26?0.0196 22

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