【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(dòng)，啟動(dòng)時(shí)大量的能量消耗在水電阻上，然后逐漸向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)移能量，是 電動(dòng)機(jī)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(shí)它也存在不足，如開關(guān)損耗較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴等。自耦變壓器起動(dòng)的自動(dòng)控制主回路如圖 所示為 圖 自耦變壓器降壓起動(dòng)原理圖 第 2 章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 7 新型電子式軟起動(dòng)方法 (1) 變頻器作為軟起動(dòng)裝置 變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，該方法只適合于輕載起動(dòng)的場合。因此，這種起動(dòng)方法僅僅適用于空載或輕載起動(dòng)場合。為解決直接起動(dòng)存在的問題，常采用各種降壓起動(dòng)技術(shù)，較普遍的有 Y/△起動(dòng)、自耦變壓器降壓動(dòng)、定子回路串電阻 /電抗起動(dòng)。由此可知控制定子電壓便可實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的控制，從而有效避免起動(dòng)電流過大。將異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的等效電路。三相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)器的研制是大功率電機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。 綜上所述，國內(nèi)軟起動(dòng)技術(shù)與國外技術(shù)相比還存在很大差距。液態(tài)軟起動(dòng)裝置串接于電動(dòng)機(jī)的定子回路中，完成降 壓起動(dòng)。諸如美國 AB 公司推出的 31520xxKW 交流調(diào)壓式電子軟起動(dòng)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(dòng)器系列產(chǎn)品。變頻器起動(dòng)電機(jī)，其起動(dòng)性能很好，同時(shí)高壓變頻器價(jià)格也比較昂貴，技術(shù)難度高，維護(hù)技術(shù)跟不上要求，所以目前主要用于電機(jī)調(diào)速。在沒有調(diào)速要求的情況下，起動(dòng)輕載荷時(shí)運(yùn)用晶閘管軟起動(dòng)。比較常見的有變頻軟起動(dòng)、反并聯(lián)晶閘管串聯(lián)軟起動(dòng)、可變電抗器軟起動(dòng)、液阻軟起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)等。使用配套的功率轉(zhuǎn)換元件，于電機(jī)起動(dòng)中，有效限制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流，以免過大的起動(dòng)電流對電機(jī)及負(fù)載造成損傷。此外，軟起動(dòng)裝置還可于電機(jī)起動(dòng)過程中，透過對電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測，判定電機(jī)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(dòng)機(jī)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(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)，干擾通信等諸多問題。在不采用任何啟動(dòng)裝置的情況下，過大電流會(huì)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(yùn)行。 課題概述 課題研究背景 起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能最重要的兩個(gè)指標(biāo)。然而，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性并非理想。它兼?zhèn)浣Y(jié)構(gòu)簡單，制造容易，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。 30 致 謝 27 第 7 章 結(jié)論與展望 22 第 6 章 軟起動(dòng)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(dòng)工作原理 4 三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法 Thyristor soft start。 本文首先分析了交流 電機(jī)的起動(dòng)特性、對比了多種傳統(tǒng)的軟起動(dòng)方式的特點(diǎn)，闡述了交流異步電機(jī)軟啟動(dòng)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(dòng)機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運(yùn)行可靠、維護(hù)容易等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電力拖動(dòng)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(jì)（論文）報(bào)告 題 目 基于單片機(jī)的交流異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)研究 機(jī)電工程 院（系） 電氣工程及其自動(dòng)化 專業(yè) 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 起訖日期 ~ 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 學(xué) 位 論 文 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)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(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的電流過大，會(huì)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(yùn)行，啟動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)矩造成的機(jī)械沖擊也會(huì)影響電機(jī)本身及拖動(dòng)設(shè)備的使用壽命。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，選擇了晶閘管串聯(lián)式軟起動(dòng)的設(shè)計(jì)方案，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了軟起動(dòng)控制器設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)。 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(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性 5 新型電子式軟起動(dòng)方法 7 軟起動(dòng)控制方式 10 第 3 章 軟起動(dòng)控制器硬件設(shè)計(jì) 12 晶閘管調(diào)壓主回路 17 第 4 章 軟起動(dòng)控制器控制軟件設(shè)計(jì) 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(dòng)主要環(huán)節(jié)仿真模型 24 軟起動(dòng)系統(tǒng)仿真結(jié)果 此外，它運(yùn)行效率高和工作特性特性好，能滿足大多數(shù)機(jī)械的傳動(dòng)要求。三相交流電動(dòng)機(jī)在全壓起動(dòng)時(shí)，其起動(dòng)電流高出額定電流 5~8 倍。傳統(tǒng)的直接起動(dòng)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(shí)，直接起動(dòng)時(shí)的大起動(dòng)電流會(huì)對電機(jī)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(jī)故障。因此如何 降低大功率電機(jī)的起動(dòng)電流已成為電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究領(lǐng)域罩越來越關(guān)注的一個(gè)問題。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國電動(dòng)機(jī)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(hù)方案，保障電機(jī)的安全可靠運(yùn)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?dòng)方式分為固態(tài)軟起動(dòng)和液態(tài)軟起動(dòng)兩種。只有在重載或負(fù)載功率極大時(shí)，才用變頻軟起動(dòng)。晶閘管軟起動(dòng)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(dòng)技術(shù)的研究，且有了一定成果。因?yàn)橐簯B(tài)電阻器的電阻具有負(fù)溫升特性，當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； (2) 軟起動(dòng)控制器硬件設(shè)計(jì)； (3) 軟起動(dòng)控制器控制軟件設(shè)計(jì)； (4) 軟起動(dòng)器控制算法； (5) 軟起動(dòng)器的仿真調(diào)試； 第 2 章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 4 第 2 章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 在三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)技術(shù)發(fā)展過程中，傳統(tǒng)起動(dòng)技術(shù)（如自耦變壓器降壓起動(dòng)、定子串電阻電抗起動(dòng)、 Y/△降壓起動(dòng)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(dòng)機(jī)的 T 形等效電路如圖 所示： 圖 異步電動(dòng)機(jī)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(lì)磁電阻； ：與主磁通相對應(yīng)的鐵心磁路的勵(lì)磁電抗； ：定子電壓向量； ：定子感應(yīng)電動(dòng)勢向量； ：定子電流向量； ：磁電流向量。 軟起動(dòng)方法簡介 傳統(tǒng)軟起動(dòng)方法 傳統(tǒng)直接起動(dòng)操作簡單、維護(hù)方便且起動(dòng)速度快。 (1)定子回路串電阻 /電抗起動(dòng) 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(dòng)機(jī)由于沒有合適的軟起動(dòng)裝置，因此采用變頻器作為軟起動(dòng)裝置。 (2) 晶閘管串聯(lián)式軟起動(dòng)裝置 晶閘管串聯(lián)式軟起動(dòng)裝置是由 3 組反并聯(lián)晶閘管組成，其實(shí)質(zhì)是三相交流調(diào)壓電路。此外，元件特性參數(shù)還會(huì)隨著使用時(shí)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(diǎn)有氣化電阻與環(huán)境溫度、極板等因素有關(guān)，起動(dòng)電流的控制精度較差，對連續(xù)起動(dòng)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(jī)的輸入電壓 ,使交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。所以可變電抗式軟起動(dòng)要比晶閘管串聯(lián)式軟起動(dòng)直接對電機(jī)的高次諧波傷害要小得多。在此前提下，逐漸升高電機(jī)的輸入電 壓， 直到轉(zhuǎn)速到達(dá)額定轉(zhuǎn)速后電流自動(dòng)衰減下來，此時(shí)電壓達(dá)到額定電壓，起動(dòng)過程結(jié)束，軟起動(dòng)器旁路。 第 2 章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 9 （ 2）電壓斜坡起動(dòng) 電機(jī)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(dòng)變?yōu)闊o級，主要用在重載起動(dòng)。在加速斜坡時(shí)同期聞，電動(dòng)機(jī)電壓逐漸增加，加速斜坡時(shí)間在一定時(shí)間范圍內(nèi)可調(diào)整，加速斜坡時(shí)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(shí)調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角，使得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩按照線性規(guī)律運(yùn)行。轉(zhuǎn)矩起動(dòng)控制曲線，如圖 所示。轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)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(shí)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(dòng)機(jī)的起動(dòng) 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(jī)的輸入電壓 。但是對于異步電動(dòng)機(jī)而言，功率因數(shù)角是個(gè)變量，并且是電機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)。 第 3 章 軟起動(dòng)器硬件設(shè)計(jì) 12 第 3 章 軟起動(dòng)器硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)軟起動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，任何控制器功能實(shí)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(dòng)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(jī)之間，通過控制晶閘管的觸發(fā)角來控制電機(jī)輸入電壓，從而達(dá)到軟起動(dòng)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(jī)，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換作為故障檢測、過壓 /欠壓保護(hù)、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(dòng)器硬件設(shè)計(jì) 13 (3)電流檢測電路：通過電流互感器檢測電機(jī)的三相電流，將電流信息送入單片機(jī)，作為過流保護(hù)、電流顯示等依據(jù)。電機(jī)起動(dòng)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(jī)定子端電壓，完成軟起動(dòng)。 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(diǎn)，才能實(shí)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