【正文】 串接 ,在電抗器中增加二次線圈 ,將二次線圈與功率變換器以及智能控制器連接。此方式為能量損耗型降壓起動，啟動時大量的能量消耗在水電阻上，然后逐漸向電動機轉(zhuǎn)移能量，是 電動機提速。但由于使用到晶閘管，因此對元件特性參數(shù)的一致性有很高的要求，且很難得到保證。同時它也存在不足，如開關(guān)損耗較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴等。自耦變壓器起動的自動控制主回路如圖 所示為 圖 自耦變壓器降壓起動原理圖 第 2 章 三相異步電動機的起動 7 新型電子式軟起動方法 (1) 變頻器作為軟起動裝置 變頻器主要用于交流電動機調(diào)速。由于起動轉(zhuǎn)矩小，該方法只適合于輕載起動的場合。因此，這種起動方法僅僅適用于空載或輕載起動場合。為解決直接起動存在的問題，常采用各種降壓起動技術(shù)，較普遍的有 Y/△起動、自耦變壓器降壓動、定子回路串電阻 /電抗起動。由此可知控制定子電壓便可實現(xiàn)對電動機起動轉(zhuǎn)矩和起動電流的控制，從而有效避免起動電流過大。將異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)繞組的頻率、相數(shù)以及各相有效串聯(lián)匝數(shù)歸算到定子側(cè)，從而推導(dǎo)出異步電動機的等效電路。三相異步電動機有兩種基本數(shù)學(xué)模型，即基于狀態(tài)方程的數(shù)學(xué)模型和基于集中參數(shù)的等效數(shù)學(xué)模型。最后對軟起動控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真調(diào)試，對仿真效果做了簡要分析。固態(tài)軟起動器的研制是大功率電機軟起動技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。 綜上所述，國內(nèi)軟起動技術(shù)與國外技術(shù)相比還存在很大差距。液態(tài)軟起動裝置串接于電動機的定子回路中，完成降 壓起動。諸如美國 AB 公司推出的 31520xxKW 交流調(diào)壓式電子軟起動裝置，美國摩托托尼公司、德國 AEG 公司及歐洲 ABB 公司均推出了軟起動器系列產(chǎn)品。變頻器起動電機，其起動性能很好，同時高壓變頻器價格也比較昂貴，技術(shù)難度高，維護技術(shù)跟不上要求，所以目前主要用于電機調(diào)速。在沒有調(diào)速要求的情況下，起動輕載荷時運用晶閘管軟起動。比較常見的有變頻軟起動、反并聯(lián)晶閘管串聯(lián)軟起動、可變電抗器軟起動、液阻軟起動、自耦變壓器降壓起動等。使用配套的功率轉(zhuǎn)換元件，于電機起動中，有效限制電動機起動電流，以免過大的起動電流對電機及負(fù)載造成損傷。此外，軟起動裝置還可于電機起動過程中，透過對電機運行參數(shù)的監(jiān)測，判定電機是否處于過載、缺相等故障狀態(tài)。 第 1 章 緒論 2 課題研究的目的及意義 電動機是大多工業(yè)企業(yè)的重要用電裝置。而諧波含量的增加，將導(dǎo)致電氣設(shè)備的損傷，電網(wǎng)發(fā)生諧振的可能性增加，繼電保護和自動裝置誤動，干擾通信等諸多問題。在不采用任何啟動裝置的情況下，過大電流會引起較大的電網(wǎng)電壓驟降，從而影響電網(wǎng)中其它用電設(shè)備的正常運行。 課題概述 課題研究背景 起動電流和起動轉(zhuǎn)矩是交流電動機起動性能最重要的兩個指標(biāo)。然而，電動機的起動特性并非理想。它兼?zhèn)浣Y(jié)構(gòu)簡單，制造容易，維護方便，運行可靠等優(yōu)點。 30 致 謝 27 第 7 章 結(jié)論與展望 22 第 6 章 軟起動控制系統(tǒng)的 Matlab/Simulink 仿真 18 主程序 16 鍵盤 /LCD 顯示電路 8 晶閘管串聯(lián)軟起動工作原理 4 三相異步電動機的啟動方法 Thyristor soft start。 本文首先分析了交流 電機的起動特性、對比了多種傳統(tǒng)的軟起動方式的特點，闡述了交流異步電機軟啟動器的工作原理。 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 摘要 Ⅰ 摘 要 三相交流異步電動機因其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運行可靠、維護容易等特點，被廣泛應(yīng)用于電力拖動系統(tǒng)中。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué) 位 論 文 使 用 授 權(quán) 聲 明 井岡山大學(xué)有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 題 目 基于單片機的交流異步電動機軟起動研究 機電工程 院（系） 電氣工程及其自動化 專業(yè) 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 起訖日期 ~ 設(shè)計地點 學(xué) 位 論 文 獨 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。但電機直接啟動時的電流過大，會引起較大的電網(wǎng)壓降，影響電網(wǎng)供電和其他設(shè)備的運行，啟動瞬間轉(zhuǎn)矩造成的機械沖擊也會影響電機本身及拖動設(shè)備的使用壽命。結(jié)合實際應(yīng)用，選擇了晶閘管串聯(lián)式軟起動的設(shè)計方案，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了軟起動控制器設(shè)計方案并進(jìn)行了相關(guān)的仿真實驗。 PID control algorithm。 Ⅰ ABSTRACT 1 課題研究的目的及意義 2 本論文主要研究內(nèi)容 4 三相異步電動機的起動特性 5 新型電子式軟起動方法 7 軟起動控制方式 10 第 3 章 軟起動控制器硬件設(shè)計 12 晶閘管調(diào)壓主回路 17 第 4 章 軟起動控制器控制軟件設(shè)計 19 按鍵輸入 /LCD 液晶顯示程序 20 鍵盤輸入程序 20 同步信號中斷程序 24 軟起動主要環(huán)節(jié)仿真模型 24 軟起動系統(tǒng)仿真結(jié)果 此外，它運行效率高和工作特性特性好，能滿足大多數(shù)機械的傳動要求。三相交流電動機在全壓起動時，其起動電流高出額定電流 5~8 倍。傳統(tǒng)的直接起動是定子繞組直接與電網(wǎng)相接 ,由電網(wǎng)供應(yīng)額定電壓。同時，直接起動時的大起動電流會對電機定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條造成很大的沖擊，可能破壞繞組絕緣和造成鼠籠條斷裂，引發(fā)電機故障。因此如何 降低大功率電機的起動電流已成為電力電子技術(shù)和運動控制系統(tǒng)研究領(lǐng)域罩越來越關(guān)注的一個問題。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國電動機所消耗的電能占整體工業(yè)用電量的 60％ ~68％ 。并以此為據(jù)，做出相應(yīng)的保護方案，保障電機的安全可靠運行。達(dá)到減小對電網(wǎng)的沖擊，延長設(shè)備壽命的目標(biāo)?？蓪⒁陨掀饎臃绞椒譃楣虘B(tài)軟起動和液態(tài)軟起動兩種。只有在重載或負(fù)載功率極大時，才用變頻軟起動。晶閘管軟起動裝置在國外發(fā)達(dá)國 家比較普遍。 第 1 章 緒論 3 我國于 90 年代起開始晶閘管軟起動技術(shù)的研究，且有了一定成果。因為液態(tài)電阻器的電阻具有負(fù)溫升特性，當(dāng)電動機起動時，定子電流使得電阻器溫度的逐漸上升，電阻逐漸下降。具體表現(xiàn)在固態(tài)軟起動器所用半導(dǎo)體功率器件制造技術(shù)難題沒有攻克，特別是高電壓、大電流的電子器件仍未研制成功，如 GTO、 IGBT、 GCT 等。 本論文主要研究內(nèi)容 軟起動器有著很輝煌的應(yīng)用前景。 論文研究的主要內(nèi)容： (1) 軟起動控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計； (2) 軟起動控制器硬件設(shè)計； (3) 軟起動控制器控制軟件設(shè)計； (4) 軟起動器控制算法； (5) 軟起動器的仿真調(diào)試； 第 2 章 三相異步電動機的起動 4 第 2 章 三相異步電動機的起動 在三相異步電動機起動技術(shù)發(fā)展過程中，傳統(tǒng)起動技術(shù)（如自耦變壓器降壓起動、定子串電阻電抗起動、 Y/△降壓起動等）有著舉足輕重的作用。就變頻調(diào)速而言，多采用基于狀態(tài)方程的數(shù)學(xué)模型。三相異步電動機的 T 形等效電路如圖 所示： 圖 異步電動機的等效電路 圖中， ：定子繞組的電阻； ：定子繞組的漏電抗； ：歸算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子繞組的電阻； ：歸算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子繞組的漏電抗； ：與定子鐵耗相對應(yīng)的勵磁電阻； ：與主磁通相對應(yīng)的鐵心磁路的勵磁電抗； ：定子電壓向量； ：定子感應(yīng)電動勢向量； ：定子電流向量； ：磁電流向量。 軟起動方法簡介 傳統(tǒng)軟起動方法 傳統(tǒng)直接起動操作簡單、維護方便且起動速度快。 (1)定子回路串電阻 /電抗起動 定子繞組串電阻 /電抗相當(dāng)于與定子繞組分電網(wǎng)電壓。其原理圖如圖 所示。其原理圖圖 。特大型電動機由于沒有合適的軟起動裝置，因此采用變頻器作為軟起動裝置。 (2) 晶閘管串聯(lián)式軟起動裝置 晶閘管串聯(lián)式軟起動裝置是由 3 組反并聯(lián)晶閘管組成，其實質(zhì)是三相交流調(diào)壓電路。此外，元件特性參數(shù)還會隨著使用時間發(fā)生變化，致使均壓性能變差，極有可能造成整串元件的損壞，致使該裝置的可靠性比較低。其主要弱點有氣化電阻與環(huán)境溫度、極板等因素有關(guān)，起動電流的控制精度較差，對連續(xù)起動次數(shù)有限制。通過智能控制器與電力電子功率變換單元來控制可變電抗器的二次繞組 ,達(dá)到改變可變電抗器一次阻抗的目的 ,進(jìn)而改變交流電機的輸入電壓 ,使交流電機實現(xiàn)軟起動。所以可變電抗式軟起動要比晶閘管串聯(lián)式軟起動直接對電機的高次諧波傷害要小得多。在此前提下，逐漸升高電機的輸入電 壓， 直到轉(zhuǎn)速到達(dá)額定轉(zhuǎn)速后電流自動衰減下來，此時電壓達(dá)到額定電壓，起動過程結(jié)束，軟起動器旁路。 第 2 章 三相異步電動機的起動 9 （ 2）電壓斜坡起動 電機的輸出電壓由小到大斜坡線性上升，將傳統(tǒng)的有級降壓起動變?yōu)闊o級，主要用在重載起動。在加速斜坡時同期聞，電動機電壓逐漸增加，加速斜坡時間在一定時間范圍內(nèi)可調(diào)整，加速斜坡時間一般在 2~60 秒之 間。在此過程中，需要按照一定規(guī)律適時調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角，使得起動轉(zhuǎn)矩按照線性規(guī)律運行。轉(zhuǎn)矩起動控制曲線，如圖 所示。轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動曲線，如圖 所示。 由于晶閘管調(diào)壓主電路沒有中線，因此在工作時若要負(fù)載電流流通，至少要有兩相構(gòu)成通路。 圖 任意相晶閘管的工作波形 第 2 章 三相異步電動機的起動 11 由圖 可知 角 決定了晶閘管的輸出電壓，故改變 角的大小就可以調(diào)節(jié)電機的輸入電壓 。但是對于異步電動機而言，功率因數(shù)角是個變量，并且是電機轉(zhuǎn)速的函數(shù)。 第 3 章 軟起動器硬件設(shè)計 12 第 3 章 軟起動器硬件設(shè)計 硬件設(shè)計是整個軟起動控制器的設(shè)計基礎(chǔ)，任何控制器功能實現(xiàn)都需要以硬件為基礎(chǔ)?？刂苹芈分饕ㄎ⑻幚砥髯钚∠到y(tǒng)、電流檢測電路、電壓檢測電路、同步信號檢測電路、轉(zhuǎn)速檢測電路、晶閘管驅(qū)動電路、鍵盤輸入 /LCD 顯示電路、電源電路。三組晶閘管串接于電源和電機之間，通過控制晶閘管的觸發(fā)角來控制電機輸入電壓，從而達(dá)到軟起動目的； (2)電壓檢測電路：一方面將三相電源電壓的大小信號，送到單片機，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換作為故障檢測、過壓 /欠壓保護、電壓顯示等依據(jù)；另一方面，將電源電壓轉(zhuǎn)變成方波信號，作為晶閘管觸發(fā)的同步信號； 第 3 章 軟起動器硬件設(shè)計 13 (3)電流檢測電路：通過電流互感器檢測電機的三相電流，將電流信息送入單片機，作為過流保護、電流顯示等依據(jù)。電機起動過程中，控制電路按設(shè)定的調(diào)壓模式對晶閘管觸發(fā)角 進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變電機定子端電壓，完成軟起動。 VT VT VT5 觸發(fā)相序依次滯后 120176。只有準(zhǔn)確的測得電壓過零點，才能實現(xiàn)控制晶閘管的導(dǎo)通角的精確控制。電壓同步信號檢測電路如圖 所示： 圖 同步信號檢測電路 圖中光