【正文】 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文電動(dòng)機(jī)智能軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘 要 ⅠAbstract Ⅱ第1章 異步電動(dòng)機(jī)及其起動(dòng)方式 1 1 4 6 7 7 9 9 9 9第2章 可編程序控制器及其特殊功能模塊 13 13 13 15 15 17 18 18 20 20第3章 PID控制及其調(diào)節(jié)規(guī)律 PID控制 21 PID控制的概念 21 PID控制的特點(diǎn) 21 PID控制器 22 23 數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì) 23 PLC的PID模塊分析研究 23 PID控制器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 25 26第4章 系統(tǒng)原理及方案設(shè)計(jì) 基于PLC的大中型軟起動(dòng)控制系統(tǒng) 27 系統(tǒng)的基本工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 27 28 28 29 硬件設(shè)計(jì) 30 軟件編程 31 32 32 33第5章 大中型異步電動(dòng)機(jī)變頻—工頻同步切換研究 35 36(軟切換) 38 38 39 40結(jié)束語(yǔ) 41參考文獻(xiàn) 42致謝 44附錄A 基于PLC的磁控式軟起動(dòng)器的主程序 45附錄B 基于單臺(tái)軟起動(dòng)器對(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)的主程序 47附錄C PID運(yùn)算主程序 54湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文電動(dòng)機(jī)智能軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)摘 要： 本文闡述了PLC技術(shù)在大中型異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)自動(dòng)控制中的應(yīng)用及其優(yōu)越性，并給出了具體的實(shí)施辦法。即采用PLC來(lái)對(duì)以串聯(lián)在籠型電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中的電壓調(diào)節(jié)式可漏電抗、A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊、電力電子裝置、PID調(diào)節(jié)等共同組成的一套起動(dòng)系統(tǒng)加以控制，大致原理即電機(jī)起動(dòng)時(shí)由于串聯(lián)了可調(diào)電抗，起動(dòng)電流較小。起動(dòng)過(guò)程中通過(guò)PLC調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)可調(diào)電抗的控制電壓，使之電抗逐漸減小至零，電機(jī)由起動(dòng)狀態(tài)平穩(wěn)過(guò)渡到正常運(yùn)行狀態(tài)再將可調(diào)電抗旁路后退出運(yùn)行，電機(jī)起動(dòng)過(guò)程完成。此外，本文針對(duì)目前在變頻器輸出切換問(wèn)題上存在的情況，試圖從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，對(duì)變頻器的同步切換問(wèn)題進(jìn)行了分析和探討。關(guān)鍵詞： 可編程序控制器（PLC）； 電動(dòng)機(jī) ； 軟起動(dòng)； 變頻器； 同步切換An electric motor is soft to startthe research and the design of control the systemAbstract: This text introduced an electric motor of big and mediumsized difference soft the concept and the movement principles that start, elaborated the programmable preface controller( PLC) technique in an electric motor of big and mediumsized difference softly start automatic control of application and its superiority, and give concrete implement the PLC namely to turn in an electrical engineering of cage by establish the electric voltage in the sub back track regulate type can the electric leakage, A/ D, the D/ A conversion mold piece, the electric power electronics equip, the PID regulates etc. to constitute together a set of to start the system to carry out the control to carry on soft start, thus attain the purpose of protect the electric principle namely the electrical engineering start because of establishing the adjustable electricity, starting the electric current to regulate to equip to regulate the control electric voltage of the adjustable electricity anti through a PLC in the process, the electricity anti that make lets up to zeroth gradually, electrical engineering from start the appearance steady transfer the normal movement appearance to retreat the adjustable electricity bypass again a movement, the electrical engineering starts the process to addition, this text aim at currently existent circumstance in changing the frequency machine to output to cut over the problem, try from the technique and economies the practical angle set out, cutting over the problem to carry on the analysis and studies towards changing the frequency machine synchronously.Keyword: The programmable preface controller(PLC) ； Motor； Softstarting； Changing frequency machine ； Inverter Output switching I湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第1章 異步電動(dòng)機(jī)及其起動(dòng)方式一、異步電動(dòng)機(jī)是如何轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的異步電動(dòng)機(jī)定子上有三相對(duì)稱(chēng)的交流繞組，三相對(duì)稱(chēng)交流繞組通入三相對(duì)稱(chēng)交流電流時(shí)，將在電機(jī)氣隙空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)； 轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中；轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，判斷感應(yīng)電勢(shì)方向。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通過(guò)端環(huán)自成閉路，并通過(guò)感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，判斷電磁力的方向。電磁力作用在轉(zhuǎn)子上將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。根據(jù)以上電磁感應(yīng)原理，異步電動(dòng)機(jī)也叫感應(yīng)電動(dòng)機(jī)[3]。 二、 轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差率（為什么叫異步電動(dòng)機(jī)？）切割磁力線是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件。 轉(zhuǎn)子必須與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)保持一定的速度差，才可能切割磁力線。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速用n1表示，稱(chēng)為同步轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速用n表示，轉(zhuǎn)差Δn=n1n。 轉(zhuǎn)差率： 轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)基本變量，在分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)有著重要的地位。 起動(dòng)瞬間，n=0,s=1 理想空載運(yùn)行時(shí)：n=n1,s=0 作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，s的范圍在01之間。 轉(zhuǎn)差率一般很小，如s=。 制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，即n1與n反向，s1 發(fā)電運(yùn)行時(shí)，n高于同步轉(zhuǎn)速n1,s0. 根據(jù)轉(zhuǎn)差率可以區(qū)分異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài) 三、電勢(shì)平衡方程式定子繞組電勢(shì)平衡方程式定子繞組接到交流電源上，與電源電壓相平衡的電勢(shì)（壓降）包括： 主電勢(shì)（感應(yīng)電勢(shì)）： 定子繞組通入三相對(duì)稱(chēng)交流電流時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的主磁通，同時(shí)被定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組切割，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。定子繞組感應(yīng)電勢(shì)的有效值： 漏磁電勢(shì)（漏抗壓降） o 定子漏磁通：僅與定子繞組相匝鏈。 o 漏抗壓將： 電阻壓降： 定子電勢(shì)平衡方程式： 轉(zhuǎn)子繞組的電勢(shì)及電流 轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢(shì) o 轉(zhuǎn)子繞組切割主磁通的轉(zhuǎn)速 167。 主磁通以同步速度旋轉(zhuǎn) 167。 轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn) 167。 轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體切割主磁通的相對(duì)轉(zhuǎn)速為(n1n)=sn1 o 轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)的頻率： 167。 公式： 167。 結(jié)論：由于s很小，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)頻率很低。 o 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)的有效值 167。 公式： 167。 感應(yīng)電勢(shì)與轉(zhuǎn)差率正比。 167。 對(duì)繞線式異步電機(jī)，轉(zhuǎn)子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)，相數(shù)計(jì)算方法同定子繞組的計(jì)算。 167。 對(duì)于籠型轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，由于每個(gè)導(dǎo)條中電流相位均不一樣，所以，每個(gè)導(dǎo)條即為一相，可見(jiàn)相數(shù)等于導(dǎo)條數(shù)即轉(zhuǎn)子槽數(shù)；每相串聯(lián)匝數(shù)為半匝即1/2。 167。 注意轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)（s=1)時(shí)的感應(yīng)電勢(shì)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)是感應(yīng)電勢(shì)的關(guān)系。 轉(zhuǎn)子繞組的阻抗 o 由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，所以有轉(zhuǎn)子電流流過(guò)。同樣會(huì)產(chǎn)生漏磁電抗壓降。 o 漏抗公式：。漏抗也與轉(zhuǎn)差率正比。轉(zhuǎn)速越高，漏抗越小。 o 考慮到轉(zhuǎn)子繞組的相電阻后： 轉(zhuǎn)子繞組中的電流 o 轉(zhuǎn)子繞組短路，轉(zhuǎn)子電壓為0，感應(yīng)電勢(shì)全部加在轉(zhuǎn)子阻抗上 o 轉(zhuǎn)子回路方程： o 轉(zhuǎn)子電流：， 四、異步電動(dòng)機(jī)的磁勢(shì)平衡定子繞組的磁勢(shì) 大小（有效值） 轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)子繞組磁勢(shì) 大?。?o 轉(zhuǎn)子電流的頻率 o 轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速： o 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的絕對(duì)轉(zhuǎn)速（相對(duì)于不動(dòng)的定子） 結(jié)論：轉(zhuǎn)子繞組的磁勢(shì)與定子繞組的磁勢(shì)轉(zhuǎn)速相同，在空間相對(duì)靜止。 磁勢(shì)平衡方程式 激磁電流和激磁磁勢(shì) o 產(chǎn)生主磁通所需要的電流稱(chēng)為激磁電流； o 對(duì)應(yīng)的磁勢(shì)稱(chēng)為激磁磁勢(shì)： 激磁磁勢(shì)近似不變 o 由電勢(shì)方程式：；電源電壓不變，阻抗壓降很小，電勢(shì)近似不變； o 由公式：，近似不變； o 可見(jiàn)，激磁磁勢(shì)和激磁電流幾乎不變。 空載運(yùn)行時(shí)，激磁磁勢(shì)全部由定子磁勢(shì)提供，即：= 負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中有電流流過(guò)，產(chǎn)生一個(gè)同步旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，為了保持不變，定子磁勢(shì)除了提供激磁磁勢(shì)外，還必須抵消轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的影響，即： 異步電動(dòng)機(jī)的磁勢(shì)平衡方程： oooo 結(jié)論：空載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子電流為0，定子電流等于激磁電流；負(fù)載時(shí)，定子電流隨負(fù)載增大而增大。 異步電動(dòng)機(jī)全壓直接起動(dòng)的危害從三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性的分析中知道，如果在額定電壓直接起動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，由于最初起動(dòng)瞬間主磁通約減少到額定值的一半，功率因數(shù)又很低，造成了起動(dòng)電流相當(dāng)大而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大的結(jié)果。以普通鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)為例，起動(dòng)電流：IS=KIIN=（47）IN，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：TS=KTTN=（）TN。再看對(duì)供電變壓器的影響，整個(gè)交流電網(wǎng)的容量相對(duì)于單個(gè)的三相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)講是非常大的。但是具體到直接供電的變壓器來(lái)講，容量卻是有限的。配電變壓器的容量是按其供電的負(fù)載總?cè)萘吭O(shè)置的，正常運(yùn)行條件下，變壓器由于電流不超過(guò)額定電流，其輸出電壓比較穩(wěn)定，電壓變化率在允許的范圍之內(nèi)。三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，變壓器提供較大的起動(dòng)電流，會(huì)使變壓器輸出電壓下降。若變壓器額定容量相對(duì)很大、電動(dòng)機(jī)額定功率相對(duì)很小時(shí)，短時(shí)起動(dòng)電流不會(huì)使變壓器輸出電壓下降多少，因此也沒(méi)有什么關(guān)系。若變壓器額定容量相對(duì)不夠大、電動(dòng)機(jī)額定功率相對(duì)不算小時(shí)，電動(dòng)機(jī)短時(shí)較大的起動(dòng)電流，會(huì)使變壓器輸出電壓短時(shí)下降幅度較大，超過(guò)了正常值，這樣一來(lái)，影響了幾個(gè)方面：一、起動(dòng)電動(dòng)機(jī)本身，由于電壓太低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降很多，當(dāng)負(fù)載較重時(shí)，可能起動(dòng)不了。電動(dòng)機(jī)較大的起動(dòng)電流引起電壓下降，對(duì)電動(dòng)機(jī)本身有著不良影響，因電壓太低會(huì)使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降很多，當(dāng)負(fù)載較重時(shí)，電動(dòng)機(jī)可能不能起動(dòng)。通常電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程時(shí)間很短，短時(shí)間過(guò)大的電流，從發(fā)熱角度來(lái)看，電動(dòng)機(jī)本身是可以承受的。但是，對(duì)于起動(dòng)頻繁的電動(dòng)機(jī)，過(guò)大的起動(dòng)電流會(huì)使電動(dòng)機(jī)內(nèi)部過(guò)熱，導(dǎo)致電機(jī)溫升過(guò)高，使電機(jī)繞組絕緣過(guò)熱而老化。因此要采取措施，減少最初起動(dòng)電流的影響。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流的大小為： IST = 由上式可見(jiàn)，降低起動(dòng)電流有三種方法：；；。從上面分析看出，不同的電源和不同的負(fù)載情況，對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求不一樣的。有時(shí)要求有大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；有時(shí)要求起動(dòng)電流要小，有時(shí)上述兩個(gè)要求要同時(shí)滿足?？傊妱?dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：1． 應(yīng)有足夠大的最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（TS≥）；2． 盡可能小的最初起動(dòng)電流；3． 起動(dòng)操作簡(jiǎn)便，起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)；二、大中異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)的再一個(gè)危害就是影響由同一臺(tái)配電變壓器供電的其他負(fù)載。顯然，即使是偶爾出現(xiàn)一次，也是不允許的。從上邊分析看出，變壓器額定容量相對(duì)電動(dòng)機(jī)講不足夠大時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)。直接全壓起動(dòng)的危害性主要有如下幾點(diǎn)：(1) 電動(dòng)機(jī)在空載全壓直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流會(huì)達(dá)到額定電流的5～7倍。當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量相對(duì)較大時(shí)，該起動(dòng)電流將引起電網(wǎng)電壓急劇下降，電壓頻率也發(fā)生變化，這會(huì)破壞同電網(wǎng)其它設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)痣娋W(wǎng)失去穩(wěn)定，造成更大的事故。(2) 電動(dòng)機(jī)直接全壓起動(dòng)時(shí)的大電流在電機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生很大的沖擊力，會(huì)破壞繞組絕緣和造成鼠籠條斷裂，引起電機(jī)故障，大電流還會(huì)產(chǎn)生大量的焦耳熱，損傷繞組絕緣， 減少電機(jī)壽命。(3) 電動(dòng)機(jī)直接全壓起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)