中北大学2014届毕业设计说明书
+5VUVR11VD5R13TLP521D11R15
图3.5同步信号检测电路
同时，可以利用图3.5这个电路(以下称为电路I)和另一套与电路I基本相同的电路(以下称为电路II)配合，进行电源的相序判断和缺相检测。简要介绍一下工作原理。电路II和电路I结构基本相同，存在的区别就是，假设电路I的输入侧连接电源的U、V两相，而电路II输入侧连接的就是电源的V、W两相，且输出信号是分别送入主控单片机芯片的外部中断输入口。
我们假设电路I接的是电源的U、V相，而电路II接的是V、W相，这样在三相电源正常工作时，当UV线电压发生正跳变(即从负半波转为正半波)时，VW线电压为负，那么电路II送入CPU的信号就为低电平；当UV线电压发生负跳变时，VW线电压为正，那么电路II送入CPU的信号是高电平(如果电路II接的是W、V相，那么两次送入CPU的信号高低电平情况就相反)。同步信号示意图如图3.6
图3.6 同步信号示意图
而当电源发生缺相故障时，UV线电压无论发生何种跳变时，VW线电压都同为正或同为负，这样电路II送入单片机的信号将同为高电平或低电平。设置电路I接入单片机的P3．2引脚在信号每次跳变时都产生中断，并在每次跳变中断时
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记录下电路II接入单片机的P3．3引脚的状态，通过两次对比P3．2引脚的电平情况，从而判断出所连入电路中三相电源的相序，为下一步产生正确的脉冲触发信号序列奠定基础。同时在电源缺相时，也能判断出故障状况，并封锁脉冲信号及给出报警信号和显示信息。 3.4.2 电压反馈回路
电压反馈回路如图3.7所示。下面的电路可以得到与晶闸管导通与关断时刻相匹配的工频50Hz的矩形波。简单介绍一下电路构成：U为三相电源的一个输入端(即一组晶闸管输入侧)，R是与之相应的电机输入端(即相应晶闸管输出侧)。6N139是一块高速达林顿光耦，既保证高压侧与单片机低压部分的隔离，又能快速反应出晶闸管导通/截止的时刻。通过计算单片机I/O口的高低维持时间，我们就可以计算出晶闸管的导通角，作为输出电压反馈，同时可以检测出电压是否缺相，并发出报警信息，及时通知操作人员出现故障的某一相电源。图3.7显示的是一路电压反馈的检测，还有两路与之相似的电路检测V、W相。
图3.7电压反馈回路
3.5 电流检测回路
电流检测回路包括了电流反馈回路和保护回路两方面。通过霍尔传感器将三相电流信号转换成电压信号，再将这个电压信号经过A／D转换后送入到单片机中作为电流负反馈调节、故障检测和过流保护的依据。 3.5.1 电流反馈回路
电流反馈信号取自电机的定子侧，采样器件为霍尔元件，采样后得到三相电流信号，将此电流信号经过精密电阻得到相应的电压信号。与电压过/欠电路类似，该信号经过三相全波整流、滤波和分压后得到一个直流信号，并经过A/D转换后
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送入到单片机的I/O口中，作为系统执行软起动时的电流反馈信号。电流反馈信号检测电路如图3.8所示。U15为单片机芯片。
图3.8电流检测电路
3.5.2 过电流保护电路
一个优秀的过流保护环节应该是既能对过流反应迅速，又能够准确动作。本设计的过流保护和过压保护环节相似。过流保护的信号取自电流反馈回路，整流、滤波电路与电流反馈电路相同。它与设定值相比较，一旦超过设定值，则输出一个低电平信号送入辅助单片机U2的外部中断口P3.3，然后再由软件处理，对过流的晶闸管实现脉冲封锁、故障报警和系统复位等。对过电流值的设定，一般选择大小为5.5倍的额定电流，这是因为一般的限流起动时，选择的最大限流幅度为5倍，因此要留出一定的余量来保证正常起动时不至于切断电路。过流保护的具体回路如图3.9所示。
+5+5R92R93TA1TA2TA3R83R90R84R89R91+-
图3.9 过电流检测电
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4 基于单片机的软起动器的设计
由单片机产生所需的晶闸管移向触发脉冲，必须包括同步电压检测环节、移相延迟角定时环节、触发脉冲时序分配环节等部分，它与模拟电路实现的方法是类似的。
同步检测信号在发生正跳变时，经反相以终端的形式向CPU的INT0提供同步指令。采用CPU内部T0定时器检测同步信号的周期，用T1定时器实现移相角的定时控制，P1端口的P1.2~P.7分别用于输出三相桥式整流电路的触发信号，而P1口的P1.0~P1.1除法指令进行采样。而由于AT89S51单片机在CPU上电复位期间，所有输出为高电平，为避免复位期间所有晶闸管存在驱动信号，应采用低电平为有效触发信号。即当端口输出为低电平时，经外加反相器变为高电平后触发晶闸管导通，输出触发脉冲的宽度也通过定时器T1来控制。触发脉冲的控制软件框图如图4.1所示。
主程序 初始化，并设置处置 开放外中断 计算脉宽定时处置并保存 读入触发角指令 看门狗处理
a) 主程序图
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定时器T1中断程序 N START输出全T1 Y 输出触发脉冲信号 关T1 关T1 N R5-1=0? 间隔时间初值置T1 清脉冲前沿标志 START清IDT 置IDT,R5=6 开T1 开T1 Y 计算下一个触发脉冲,并保存 置START
返回 b) T1定时中断子程序