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振荡周期后,51单片机即进入芯片内部复位状态,而且一直在此状态下等待,直到RESET引脚转为低电平后,才检查EA引脚是高电平或低电平,若为高电平则执行芯
低电平便会执行外部程序。
3.2 主电路的选择
在晶闸管交流调压系统中，晶闸管可以借负载电流波形过零而自行关断，不需另加换流电路，所以其主要优点是线路简单、调压装置体积小，价格低廉、使用及维修方便。本系统采用晶闸管相控调压的技术，采用图3.1所示的主电路，用六个两两反向并联的晶闸管串连在电机主供电回路中。
图3.1 交流调压主电路
晶闸管调压单相等效电路如图3.2所示，其中ZL为电机一相等效阻抗，Ui为电网相电压，UL为晶闸管输出电压。设Ui?2Usinwt。
图 3.2晶闸管单相调压电路 图3.3 晶闸管输出电压波形
图3.3为一路晶闸管输出波形示意图。晶闸管控制角?和功率因数角?决定了晶闸管的输出电压值。晶闸管正负半周的触发是对称的，晶闸管的输出电压有效值u。可由式（3.1)计算：
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1??UL???0???U?2Usinwtd?wt????2???2Usinwtd?wt?????21?1???????sin2??sin2??f?U,?,?????????2?? 公式(3.1)
可见，UL是晶闸管控制角?、功率因数角?及供电电压U的函数。当供电电压不变时，通过改变晶闸管的控制角，可以改变晶闸管的输出电压。 3.3 主回路设计 3.3.1 主回路电路
软起动器主回路设计电路如图3.4所示。
URVSM3~TW
图3.4主回路电路
采用三组反并联晶闸管组成调压电路。在三组晶闸管和三相供电电源之间接入接触器，软起动时，接触器断开，软起动完成后接触器闭合。软停车开始时，接触器再次打到双向晶闸管端，软起动器投入到停车运行，如此重复来完成软起动和软停车。在三相电源侧通过隔离电路得到软起动器同步信号；在晶闸管输出侧即R、S、T通过电阻分压而得到较低幅值的三相电压，再经过整流电路送入单片机做故障检测。而TAl，TA2年TA3表示为霍尔传感器电流输出，该电流信号通过整流电路后转变成电压信号输入到控制回路。 3.3.2 晶闸管参数选择
晶闸管的选择参数很多，但用于应用于软起动时，主要是额定电压、额定电流的计算与选择。晶闸管由于过电流过电压能力低，又常常工作在不同的电流波形情况下，给额定电流的选择带来一定的困难，如若额定值选择不当，会造成不
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必要的损失或浪费。根据实际工作条件，在满足需要的前提下，应尽量降低晶闸管的定额，以减少设备投资。需满足两个条件。
首先，晶闸管的正、反向峰值电压UDRM和URRM应为晶闸管实际承受最大峰值电压UM的2～3倍，即UDRM/RRM=(2～3)UM。在本文设计中电机为220V的三步电动机，根据公式计算可得晶闸管耐压在622V~933V范围内。
其次，晶闸管的额定通态电流ITAV指的是工频正弦半波平均值，其对应的有效值应满足IRMS=1.57ITAV。为使晶闸管在工作过程中不因实际有效值应在乘以安全系数1.5～2后才能等于1.57 ITAV。本文中使用的异步电机功率4KW，额定电流0.55A。由于异步电机在直接起动时的电流为6～7倍的额定电流。因此晶闸管的ITAV范围在3.3A～3.85A。 3.3.3 晶闸管触发电路
晶闸管调压的控制方式有两种，一是相位控制，即通过控制晶闸管的导通角来调压，二是周波控制，在一定的时间内，控制晶闸管导通的工频周期数来达到调压的目的。周波控制方式有难以实现连续调压，不易找到合适的调压比等缺点,所以交流调压大多以相位控制方式为主。该方式是晶闸管在每个电源周期的选定时刻将负载与电源接通,根据选定时刻的不同可得到不同的输出负载电压从而起到调压作用。软起动器常采用的是三相交流调压电路每相在电源和异步电动机之间接,入双向反并联晶闸管。晶闸管调压的控制方式一般采用比较好控制的相位控制方式，即晶闸管在电源电压每一周期中在程序规定的时刻将晶闸管导通，使负载与晶闸管构成的三相交流调压。主电路由六个晶闸管VT1、VT2、VT3 、VT4、VT5、VT6两两反并联连接而成。一对反并联晶闸管接交流电源的一相,它们分别在交流电源的正、负半周起作用,主电路输出端接三相交流异步电机。电机软起动中通过合理控制晶闸管的触发角,使得晶闸管模块的输出电压(电机输入电压)按照预定的规律进行变化,从而实现电机的平滑起动。 由三相交流调压电路的原理图可以看出任何时刻至少有两只晶闸管同时保持导通,才能构成闭合回路,负载才能得电。下面以电阻性负载为例来进行分析三相交流调压电路的工作情况。三相电源相位关系互差120，晶闸管VT1、VT3、VT5工作在电源的正半周，VT2、VT4、VT6工作在电源的负半周。因此VT1、VT3、VT5或VT2、VT4、VT6的触发脉冲在相位上应依次相差120°，同一相上的两个反并联晶闸管的触发脉冲相位应依
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次相差180°。故六路晶闸管脉冲触发顺序为VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6相位依次相差60°。电阻性负载下，随着触发角α的不同，晶闸管的触发导通有三类工作情况：第一类情况是同一时刻下有三个晶闸管导通，三相电源经晶闸管模块输入到三相负载中，每相负载的电压就是此刻该相的相电压。第二类情况是同一时刻下有两个晶闸管导通，即导通的两相构成闭合回路，回路负载有电流流过。第三类情况是同一时刻下只有一个晶闸管导通，因无法形成闭合回路，三相负载中没有电流。 3.3.4 晶闸管保护电路
晶闸管由于击穿电压接近工作电压，热容量又较小，所以承受过电压、过电流能力较差，短时间内的过电压、过电流都可能造成元件损坏。为了使晶闸管能正常工作，除了合理的选择元件外，还必须对过电流，过电压的发生采取保护措施。
(1)过电流保护
晶闸管设备发生过电流有可能是晶闸管损毁、触发电路或控制系统有故障等。针对这些情况，除了用软件来实现保护外，还可以在硬件电路中加入快速熔断器来保护晶闸管的过电流。
(2)过电压保护
我们知道晶闸管有一个重要的特性参数，即断态电压临界上升率du/dt。它表明晶闸管在额定结温和门极断路条件下，使晶闸管从断态转入通态的最低电压上升率。若电压上升率过大，超过了晶闸管的电压上升率的值，则会在无门极信号的情况下开通。即使此时加于晶闸管的正向电压低于其阳极峰值电压，也可能出现这种情况。
为了限制电路电压上升率过大，确保晶闸管安全运行，本设计在晶闸管两端并联RC阻容吸收网络，利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率。因为电路总是存在电感的，所以与电容C串联电阻R可起阻尼作用，它可以防止R、L、C电路在过渡过程中，因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管。同时，避免电容器通过晶闸管放电电流过大，造成过电流而损坏晶闸管。
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3.4 电压检测回路
在电压检测回路中，尽量实现以下三个功能。其一是同步信号的检测功能，采样三相电压的自然换相点，它作为晶闸管脉冲触发信号的同步信号；其二是通过检测晶闸管输出端可以得到晶闸管导通时刻的检测，以便做电压反馈和缺相故障检测；其三是将三相晶闸管输出电压信号通过电阻降压后转变成直流信号，再经A/D转换后送入到单片机中，作为过压或欠压保护的信号。 3.4.1 同步信号检测
为了保证三相交流调压器主回路中各个晶闸管的触发脉冲与其阳极电压保持严格的相位关系。在电机软起动器的设计过程中，同步信号检测是很重要的一个环节。只有准确的测量出电压的过零点，才能精确的控制晶闸管的导通角，从而实现对电机两端电压的无极加载，完成软起动的功能。采用如图3.5所示的电路作为电压同步信号检测电路。从图中可以看出，这个电路的功能就是将由电源侧来的线电压正弦信号转为低压方波信号来供单片机进行处理分析。由于这里的信号是从高压转为低压送入单片机处理的，因此要利用一块光耦对高低压信号进行隔离，这样保证了这两种信号可以互不干扰地分离处理。整个工作过程大体是这样的：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光耦导通，从而使得右侧输入到单片机的是高电平信号；而当光耦左侧交流信号处于低电平时，光耦则截止。那么右侧输入到单片机的信号也就是低电平。这样周而复始，单片机所得到的就是幅值为5V的方波信号，周期等同于电源的周期即工频50Hz，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，虽然其间存在着一定的时延，但这可以通过软件进行补偿，从而既简化了外围硬件电路的设计，又得到了与电源电压同步的信号，为下面给出晶闸管触发信号提供了工作电压零点的基准。图中右端接主控单片机芯片。这个电路的优点在于：一方面，在起动未开始或是开始瞬间，这个电路就可以检测到器件电压零点；另外，由于输入的交流信号是直接从电源侧获取的，因此这就不需要像其他电路那样需要先利用变压器取得交流信号再进行处理，这样就既节省了线路板的空间，又节约了成本。