电机起动过程动态检测系统设计
在实际生活中，电动机作为一种应用广泛的电气设备，它是大型机械和电力系统的重要组成部分。就以某些电气设备来讲，保证其工作状态稳定的最关键步骤在于对电动机起步方式的掌控。若掌控不当，使电动机的启动电流超过负载对应的额定电流，这就会使某些相关的电子元件遭到破碎。因此，为保证电动机有足够的安全寿命并为更好的保证其系统内部元件的安全，本文通过采用单片机编写控制程序来对电动机的起步过程进行检测。其具体工作方式为首先，在单片机上封装A/D转换电路以保证从电动机采集到的数字信号能被转化为对应的模拟信号。然后，应用电流互感器和I/V变换电路，将经过转化后的模拟信号输送到单片机内部的芯片当中。最后，由上位机进行对应的转换和处理，并最终在对应的屏幕上实现对电动机启动电流波形的实时显示，以期为工作人员展现实时的数据信息以指导其操作过程。为实现上述要求，本文主要通过借助Labview软件仿真的形式进行研究。
目录
引言 1
一、概述 2
二、硬件设计 2
（一）硬件结构设计方案 2
（二）异步电机起动电流检测的硬件设计 3
（三）异步电机起动转速检测的硬件设计 4
（四）单片机显示电路设计 6
（五）本章小结 7
三、软件设计 8
（一）下位机主程序流程图 8
（二）AD转换和数据采集程序设计 8
（三）转速测量程序设计 10
（四）显示子程序设计 12
（五）单片机串口程序的设计 13
（六）上位机程序设计 15
（七）本章小结 19
四、调试与仿真 19
（一）整流电路的仿真 19
（二）单片机与上位机仿真 22
（三）本章小结 24
总结 25
谢辞 26
参考文献 27
引言
在电气工业中，电机的主要设计思想为通过电磁转换，它在一般的电气设备中都是充当信号输送桥梁和能量转换媒介角色的。在它的作用下，可以实现电动机内部的能量产生、变换、运输和分配控制等工作。因此，根据上述特点，使它在工业、农业、汽车、航天和医疗等领域都可以发挥 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
很大的作用。在实际生活中，变压器、电动机和发电等被统称为电机，虽然它们的性能各有差异。但是，不管是上述哪种类型的电机，它都是目前保证我们生活、经济和安全的重要设备。随着电机在实际工作和生活中的不断应用，也促进了电机驱动控制技术的发展，使很多种类的伺服系统、调速系统和变频器不断被生产和应用于实际生产当中。而本文能更好的了解怎样对电机进行保护。
一、概述
随着工业技术和科技的不断发展，使得在电机启动过程中，对其启动电流和转速的控制和检测显得至关重要。因为，只有准确的实现对电机启动电流和转速的检测，才能有效的保证电机稳定的运行。对它们的检测不仅可以保证电机的快速启动，同时，也能够保证在出现某些过流或短路故障时能将信号及时的反馈给工作人员，从而使他们及时的做出应对措施，使损害降到最低。
对于不同型号的电机来讲，它们的启动电流一般都会存在差异。例如，就以鼠笼式异步电动机而言，它的起动电流就为额定值的4~7倍。而对于一般的异步电动机，它的启动电流则不能超过额定值的2~5倍。因此，对于鼠笼式异步电动机，当它的电机功率超过30kw时,由于此功率下的启动电流为额定电流的4~7倍。此时，过于频繁的启动电机，可能会出现由于电动机内部温度过高而使电机烧毁的现象。
二、硬件设计
（一）硬件结构设计方案
如图21所示，该系统将单片机作为处理器，电流值经过电流互感器、I/V转换电路和整流电路转变成电压值，转换后的电压值作为模拟量，但单片机内部都是通过数字量运算，所以我们没法直接去操作模拟量，因此在单片机中需要把模拟量转化成数字量来操作，可以使用模拟量/数字量转换器来将采集的模拟量转变成的数字量送到单片机中处理，转速通过霍尔元件转换送到单片机中处理，在下位机中通过LCD进行显示。
图21 硬件设计结构框图
（二）异步电机起动电流检测的硬件设计
在实际大交流的测定过程中，为将大电流转换为可测定的电流信号，需要借助电流互感器的作用。同时，由于电流互感器在工作过程中可以实现对电流的按比例转换工作，因此，在与测量仪表进行侧接时，可以对人体起到安全防护的作用。
当电流互感器处于正常工作状态时，二次侧应处于短路的状态，即此时它的电压会非常低，此时可以对人体和系统提供防护作用。而反之，若当二次侧应处于开路状态时，由于在其两端会有很大的电压存在，而使对人和设备的安全保护状态将消失。
由于单片机的A/D模块只能识别0~5V的电压信号，因此，为使电流互感器的二次侧电流信号被识别和采集，需要将其通过I/V变换电路实现电流到电压的转换，其具体转换电路如图22所示。由图可知，由于互感器的二次侧压值主要由电阻R1换算得到，根据R1的阻值可知该电流互感器的最大允许电流为20mA。同时，在电路中，电阻R2和电容C1的主要作用为补偿位移。图中所用的运算放大器的型号为OP07，它的功率为±6V。
图22 I/V变换电路
反馈电阻是通过式R=VI/I来计算得到的，若要使得到的数据更加精确，可以通过在反馈回路上串联一个电位器的方式来实现。其中，C的取值范围一般在0.01μF～0.033μF 内。当C取值为0.01μF 时，此时R11=95×(22R10/ΦC1)/2。而当C取值为0.033μF时, 则对应的R11=143×(15R10/ΦC1)/2。在电流互感器中，ΦC作为被标记的相位值，当它发生转换后，表明此时交流电压值发生了变化，此时说明对应的电压需要进行调控。
图23 精密全波整流电路
如图23所示，当电压的输入值为正时，此时虚断D2处于通路状态，进而使R4和R5的反比例运算器进行工作，该放大器对应的吸收为1。与此类似的，R6和R7之间也可构成一个放大系数为2的反比例运算放大器，R3和R7之间则构成一个放大系数为1的反比例运算放大器器。最后，经过几个运算放大器的共同作用，使整个电路的最终的放大倍数变为1。而当输入电压为负时，此时，D2处于截止状态，而D1导通。根据虚断的原理可知， R4和R6两端的电压值都变为0，而在R3和R7之间构成一个系数为1的反向比例放大器。因此，根据上述电路的功能，可以将交流信号经过处理得到全波状态的整流波形。
（三）异步电机起动转速检测的硬件设计
1、霍尔元件简介
霍尔传感器作为磁性传感器的中一种，它主要是在霍尔效应的基础上进行设计的。根据其结构特性，使得其在高温或者低温及某些较为恶劣的场合下都可稳定的工作。同时，该种传感器还具有高精确度和较长的使用寿命的优点。按照霍尔效应函数类型的差异可以将该传感器分为线性的和开关性质的两类，其中，线性期间以输出模拟量为主而开关器件则输出数字量。
目录
引言 1
一、概述 2
二、硬件设计 2
（一）硬件结构设计方案 2
（二）异步电机起动电流检测的硬件设计 3
（三）异步电机起动转速检测的硬件设计 4
（四）单片机显示电路设计 6
（五）本章小结 7
三、软件设计 8
（一）下位机主程序流程图 8
（二）AD转换和数据采集程序设计 8
（三）转速测量程序设计 10
（四）显示子程序设计 12
（五）单片机串口程序的设计 13
（六）上位机程序设计 15
（七）本章小结 19
四、调试与仿真 19
（一）整流电路的仿真 19
（二）单片机与上位机仿真 22
（三）本章小结 24
总结 25
谢辞 26
参考文献 27
引言
在电气工业中，电机的主要设计思想为通过电磁转换，它在一般的电气设备中都是充当信号输送桥梁和能量转换媒介角色的。在它的作用下，可以实现电动机内部的能量产生、变换、运输和分配控制等工作。因此，根据上述特点，使它在工业、农业、汽车、航天和医疗等领域都可以发挥 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
很大的作用。在实际生活中，变压器、电动机和发电等被统称为电机，虽然它们的性能各有差异。但是，不管是上述哪种类型的电机，它都是目前保证我们生活、经济和安全的重要设备。随着电机在实际工作和生活中的不断应用，也促进了电机驱动控制技术的发展，使很多种类的伺服系统、调速系统和变频器不断被生产和应用于实际生产当中。而本文能更好的了解怎样对电机进行保护。
一、概述
随着工业技术和科技的不断发展，使得在电机启动过程中，对其启动电流和转速的控制和检测显得至关重要。因为，只有准确的实现对电机启动电流和转速的检测，才能有效的保证电机稳定的运行。对它们的检测不仅可以保证电机的快速启动，同时，也能够保证在出现某些过流或短路故障时能将信号及时的反馈给工作人员，从而使他们及时的做出应对措施，使损害降到最低。
对于不同型号的电机来讲，它们的启动电流一般都会存在差异。例如，就以鼠笼式异步电动机而言，它的起动电流就为额定值的4~7倍。而对于一般的异步电动机，它的启动电流则不能超过额定值的2~5倍。因此，对于鼠笼式异步电动机，当它的电机功率超过30kw时,由于此功率下的启动电流为额定电流的4~7倍。此时，过于频繁的启动电机，可能会出现由于电动机内部温度过高而使电机烧毁的现象。
二、硬件设计
（一）硬件结构设计方案
如图21所示，该系统将单片机作为处理器，电流值经过电流互感器、I/V转换电路和整流电路转变成电压值，转换后的电压值作为模拟量，但单片机内部都是通过数字量运算，所以我们没法直接去操作模拟量，因此在单片机中需要把模拟量转化成数字量来操作，可以使用模拟量/数字量转换器来将采集的模拟量转变成的数字量送到单片机中处理，转速通过霍尔元件转换送到单片机中处理，在下位机中通过LCD进行显示。
图21 硬件设计结构框图
（二）异步电机起动电流检测的硬件设计
在实际大交流的测定过程中，为将大电流转换为可测定的电流信号，需要借助电流互感器的作用。同时，由于电流互感器在工作过程中可以实现对电流的按比例转换工作，因此，在与测量仪表进行侧接时，可以对人体起到安全防护的作用。
当电流互感器处于正常工作状态时，二次侧应处于短路的状态，即此时它的电压会非常低，此时可以对人体和系统提供防护作用。而反之，若当二次侧应处于开路状态时，由于在其两端会有很大的电压存在，而使对人和设备的安全保护状态将消失。
由于单片机的A/D模块只能识别0~5V的电压信号，因此，为使电流互感器的二次侧电流信号被识别和采集，需要将其通过I/V变换电路实现电流到电压的转换，其具体转换电路如图22所示。由图可知，由于互感器的二次侧压值主要由电阻R1换算得到，根据R1的阻值可知该电流互感器的最大允许电流为20mA。同时，在电路中，电阻R2和电容C1的主要作用为补偿位移。图中所用的运算放大器的型号为OP07，它的功率为±6V。
图22 I/V变换电路
反馈电阻是通过式R=VI/I来计算得到的，若要使得到的数据更加精确，可以通过在反馈回路上串联一个电位器的方式来实现。其中，C的取值范围一般在0.01μF～0.033μF 内。当C取值为0.01μF 时，此时R11=95×(22R10/ΦC1)/2。而当C取值为0.033μF时, 则对应的R11=143×(15R10/ΦC1)/2。在电流互感器中，ΦC作为被标记的相位值，当它发生转换后，表明此时交流电压值发生了变化，此时说明对应的电压需要进行调控。
图23 精密全波整流电路
如图23所示，当电压的输入值为正时，此时虚断D2处于通路状态，进而使R4和R5的反比例运算器进行工作，该放大器对应的吸收为1。与此类似的，R6和R7之间也可构成一个放大系数为2的反比例运算放大器，R3和R7之间则构成一个放大系数为1的反比例运算放大器器。最后，经过几个运算放大器的共同作用，使整个电路的最终的放大倍数变为1。而当输入电压为负时，此时，D2处于截止状态，而D1导通。根据虚断的原理可知， R4和R6两端的电压值都变为0，而在R3和R7之间构成一个系数为1的反向比例放大器。因此，根据上述电路的功能，可以将交流信号经过处理得到全波状态的整流波形。
（三）异步电机起动转速检测的硬件设计
1、霍尔元件简介
霍尔传感器作为磁性传感器的中一种，它主要是在霍尔效应的基础上进行设计的。根据其结构特性，使得其在高温或者低温及某些较为恶劣的场合下都可稳定的工作。同时，该种传感器还具有高精确度和较长的使用寿命的优点。按照霍尔效应函数类型的差异可以将该传感器分为线性的和开关性质的两类，其中，线性期间以输出模拟量为主而开关器件则输出数字量。
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