【正文】 耦起到同步變壓器的作用。電子軟起動器通過調(diào)節(jié)定子側(cè)的相電壓，使得定子側(cè)電流逐漸上升，并最終達到額定值。經(jīng)由二極管組成的三相全波整流電路后，濾波分壓得到一個穩(wěn)定的直流信號；電壓跟隨器起隔離作用，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，還能降低檢測電路內(nèi)阻，提高 A/D 轉(zhuǎn)換的精度，同時還能起到保護 A/D 轉(zhuǎn)換器的作用?；魻柶骷鳛橐环N轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的傳感器，它有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便等優(yōu)點，因此這里選用霍爾傳感器檢測脈沖信號。由于晶閘管在觸發(fā)導(dǎo)通后控制極就失去控制作用，為了減少控制極損耗，故一般觸發(fā)信號常采用脈沖形式。 (3) 觸發(fā)脈沖寬度應(yīng)要求觸發(fā)脈沖消失前陽極電流已大于掣住電流，以保證晶閘管的導(dǎo)通。為了使晶閘管在每一周波都能重復(fù)在相同的相位上觸發(fā)，觸發(fā)脈沖與主回路電源電壓必須保持某種 固定相位關(guān)系，這正好由電壓同步電路實現(xiàn)。 鍵盤輸入 /LCD顯示電路 鍵盤輸入采用獨立方式的鍵盤接口，采用查詢的方式進行工作。液晶顯示器按功能分為段位式 LCD、字符式 LCD 和點陣式 LCD，前兩者只能顯示有限字符，而點陣式 LCD 不僅能顯示字符，還可以顯示漢字及各種圖形。根據(jù)以上的要求設(shè)計軟件，軟件有主程序、脈沖觸發(fā)程序、鍵盤輸入程序。 同步信號檢測信號在發(fā)生負跳變時，向單片機的 INT0 口提供同步指令。即當(dāng)端口輸出為低電平時，經(jīng)外加反相器變?yōu)楦唠娖胶笥|發(fā)晶閘管導(dǎo)通。電角度時間對應(yīng)時間，由定時器 0 完成 依次發(fā)觸發(fā)脈沖信號，同時向前補發(fā)一個脈沖，即g5(g4)， g6(g5)， g1(g6)，g2(g1)， g3(g2)， g4(g3)，每發(fā)一個觸發(fā)信號延時60176。鍵盤掃描程序流程圖如圖 所示。 圖 鍵盤輸入程序流程圖 圖 LCD 顯示程序流程圖 開機 有鍵按下？ 讀取鍵值，判斷系統(tǒng)狀態(tài) 轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理程序 修改存儲相應(yīng)參數(shù)，顯示相應(yīng)信息 輸出 N 第 4 章 軟起動器控制軟件設(shè)計 21 同步信號中斷程序 同步信號作為晶閘管觸發(fā)的基準(zhǔn)信號，的那個同步信號進入中斷后，調(diào)整觸發(fā)延遲角 并換算成定時器 1 的初值，延遲 角對應(yīng)時間后，開啟 60176。軟起動器設(shè)計遵循異步電機起動要求：起動轉(zhuǎn)矩夠大，沖擊電流最小，保證電機正常起動；起動平滑迅速、無沖擊；起動設(shè)備操作方便。具體通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來使電動機的端電壓漸增，起動電流得到控制。隨著系統(tǒng)復(fù)雜度的提高，將難以建立系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型和滿足實時控制的要求。將偏差的比例 (P)、積分 (I)、微分 (D)通過線性組合，對控制對象進行控制，稱為 PID 控制器。偏差變化越快，反饋校正量則越大。由于本文的 PID 控制算法的輸出量要控制晶閘管的輸出電壓，此類對象適合用增量式 PID 控制算法，所以下面主要介紹增量式 PID 控制算法。為書寫方便，將 簡化表示成 內(nèi)。第 5 章 軟起動器控制算法 24 取值過小，則會降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性變壞。 (3) 微分作用系數(shù)的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制 偏差向任何方向的變化，對偏差變化進行提前預(yù)報。 Simulink 中的電氣系統(tǒng)模塊庫 (power System Blockset)涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動和電力系統(tǒng)中常用的基本元件和模塊 ,該模塊庫是在電機仿真時經(jīng)常使用的。 依據(jù)軟起動系統(tǒng)原理圖，組成智能軟起動軟仿真模型，如圖 所示。和 240176。該電路由同步、鋸齒波形成和移相控制等環(huán)節(jié)組成。內(nèi)部模型圖如圖 所示。輸入 A、 B、 C 對應(yīng)定子的三相線路，Tm 為負載轉(zhuǎn)矩輸入， m 為測量口。 (6) PI 調(diào)節(jié)模塊 PID 調(diào)節(jié)模塊根據(jù)電流偏差信號經(jīng) PID 調(diào)節(jié)得出晶閘管觸發(fā)角。 為了更好的比較軟起動和直接起動的區(qū)別，圖 給出了直接起動的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波形，如圖所示。 （ a）轉(zhuǎn)矩波形 （ b）電流波形 （ c）轉(zhuǎn)速波形 圖 恒流軟起動效果 第 6 章 軟起動控制系統(tǒng)的 Matlab/simulink 仿真 30 由圖可以得知，起動時定子電流迅速上升至設(shè)定限流值 30A，并保持相對穩(wěn)定。但由于維持起動電流的電壓不是額定電壓，電動機的起動過程較直接起動要慢的多，同時，起動過程中，電流隨著轉(zhuǎn)速上升出現(xiàn)震蕩，轉(zhuǎn)矩也不穩(wěn)定可以看出，本設(shè)計任存在很大的缺陷。 本文在查閱有關(guān)中外文獻的基礎(chǔ)上對晶閘管移相交流調(diào)壓感應(yīng)電動機軟起動系統(tǒng)的硬件設(shè)計方面進行了主要的研究，而對于軟件方面由于實驗條件等方面的原因未作深入探討，總結(jié)本課題研究的內(nèi)容如下。通過 PI 控制實現(xiàn)了限流軟起動的仿真驗證。從更長期來看，變頻軟起動將成為軟起動的主流。同時也要感謝養(yǎng)育我的父母，是他們?yōu)槲仪髮W(xué)和生活付出巨大的犧牲和努力，在這里僅表達我對他們的深深地思念和感恩。特別要感謝我的部門主管，感謝他對我的關(guān)懷和教導(dǎo)。論文寫作比較規(guī)范，格式基本符合要求，結(jié)構(gòu)較合理，層次清楚，表述較準(zhǔn)確。 開題（ 12 月、 1 月）： 8 學(xué)時； 1 稿（ 2 月份）： 30 學(xué)時； 2 稿（ 3 月份）： 30 學(xué)時 。設(shè)計過程中有些地方具有自己的獨特見解和新意，但整體創(chuàng)新性一般。定稿（ 5 月份）： 30學(xué)時。 2．論文內(nèi)容與工作量 本設(shè)計的以 MCS51 系列單片機 89C52RC 為主控芯片，設(shè)計了軟起動控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序，包括最小系統(tǒng)及擴展電路，同步信號檢測電路，電流檢測電路，晶閘管驅(qū)動電路，鍵盤輸入/LCD 顯示電路，旁路接觸器電路，霍爾測速電路 ，根據(jù)軟 起動控制系統(tǒng)原理，通過 MATLAB/SIMULINK 仿真平臺搭建了軟起動控制系統(tǒng)的仿真模型。感謝陪伴我的電氣班的同學(xué)們，感謝他們在大學(xué)期間在學(xué)習(xí)和生活上給予我的幫助。除此之外，還對我的生活給予關(guān)懷，使我可以順利的完成在校外的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。 致謝 32 致 謝 本畢業(yè)設(shè)計論文即將完成，意味著我們大學(xué)四年的大學(xué)生活就將結(jié)束了。 電機軟起動器將來的發(fā)展方向是更加智能化和多功能化。 (2) 以 MCS51 系列單片機 89C52RC 為主控芯片，設(shè)計了軟起動控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序，包括最小系統(tǒng)及擴展電路，同 步信號檢測電路，電流檢測電路，晶閘管驅(qū)動電路，鍵盤輸入 /LCD 顯示電路，旁路接觸器電路，霍爾測速電路。傳統(tǒng)的降壓起動存在著降壓效果不明顯、耗能大、有機械觸點或不能平滑調(diào)節(jié) 電壓等缺點。在 時轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速1500r/min。起動時交流異步電動機轉(zhuǎn)迅速上升，在 后達到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 1500r/min，電流最大值可達到 85A，是額定電流的 6~7 倍，隨著轉(zhuǎn)速上升，定子電流逐漸減小，直到轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速，電流降低到穩(wěn)定運行電流。 圖 PID 調(diào)節(jié)模塊 軟起動仿真結(jié)果分析 假設(shè)電機控制起動。 圖 異步電機模塊及其參數(shù)設(shè)置 第 6 章 軟起動控制系統(tǒng)的 Matlab/simulink 仿真 28 (5) 電流檢測模塊 實際應(yīng)用的軟起動系統(tǒng)，通常是采用電流互感器取反饋信號，經(jīng)直流、濾波等信號處理環(huán)節(jié)，以獲得如實反映起動電流（一般為有效值）的信號，實現(xiàn)起來并不簡單。 圖 三相交流調(diào)壓模塊內(nèi)部模型 (4) 異步電動機模塊 Matlab 電氣系統(tǒng)模塊庫中提供了多種異步電機模型。該模塊及脈沖觸發(fā)模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 三相交流電源模塊及其參數(shù)設(shè)置 (2) 同步脈沖發(fā)生模塊 同步脈沖觸發(fā)模塊由同步電壓測量和脈沖觸發(fā)模塊組成。 圖 三相交流電源模塊及其參數(shù)設(shè)置 第 6 章 軟起動控制系統(tǒng)的 Matlab/simulink 仿真 26 (1) 三相交流電壓源 三相交流電源模塊 由三個單相交流電壓源按星形鏈接構(gòu)成，雙擊模塊即可設(shè)置各相電壓的幅值、頻率和相位等量。但是對于電路和電機系統(tǒng)，若只用 Simulink 提 供的基本模塊來構(gòu)造模型比較費時費力。 第 6 章 軟起動控制系統(tǒng)的 Matlab/simulink 仿真 25 第 6 章 軟起動控制系統(tǒng)的 Matlab/simulink 仿真 軟起動主要環(huán)節(jié)仿真模型 系統(tǒng)試驗是系統(tǒng)設(shè)計中一個重要的環(huán)節(jié)，試驗成功與否意味著系統(tǒng)設(shè)計成功與否，試驗效果體現(xiàn)著系統(tǒng)性能 系統(tǒng)仿真采用 Matlab 及其工具箱 simulink。越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但過大，在響應(yīng)過程的初期會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。 從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來考慮， P、 I、 D 參數(shù)的作用如下： (1) 比例系數(shù)的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。以和式代替積分，以增量代替微分，則可以作如下近似變換： (k=0,1,2,3? ) (52) 式 (52)中 是采樣周期。它加快了系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)整時間，從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。 圖 PID 控制系統(tǒng)原理圖 PID 控制器對偏差量的控制規(guī)律可由下面公式解釋： (51) 第 5 章 軟起動器控制算法 23 式中 為比例時間常數(shù)； 為 積分時間常數(shù)； 為微分時間常數(shù)。隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展， PID 控制技術(shù)也在不斷的完善。但它的控制質(zhì)量還存在一些問題，如在某一狀態(tài)下整定為最優(yōu)的一組 PID 參數(shù)在另一種狀態(tài)下不一是最好的，因此普通的 PID 調(diào)節(jié)器不能滿足實時控制的動態(tài)要求。其起動過程控制程序流程圖如圖 所示。同步信號中斷程序流程圖如圖 所示。字符型 LCD1602 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線，多出來的 2 條線是背光電源線 VCC(15 腳 )和 GND(16 腳 )。電路中設(shè)置了設(shè)計起動鍵、停機鍵、增鍵、減鍵、設(shè)定鍵和確認鍵。電角度對應(yīng)時間，關(guān)定時器 1 中斷 計算觸發(fā)角 依次發(fā)觸發(fā)脈沖信號，同時向前補發(fā)一個脈沖，即g1(g6)， g2(g1)， g3(g2)，g4(g3)， g5(g4)， g6(g5)，每發(fā)一個觸發(fā)信號延時60176。 ~ 分別用于輸出晶閘管的觸發(fā)信號 ,~ 用于模擬量的采樣。 主程序流程圖如圖 所示： 圖 控制系統(tǒng)的主流程圖 系統(tǒng)檢 測 故 障？ 參數(shù)的輸入域顯示 啟動？ 開相應(yīng)中斷 故障？ 發(fā)觸發(fā)脈沖 啟動完成 吸合旁路接觸器 結(jié)束 輸出故障信息 Y N Y N 初始化 第 4 章 軟起動器控制軟件設(shè)計 19 脈沖觸發(fā)程序 用單片機產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)脈沖后經(jīng)晶閘管驅(qū)動電路，當(dāng)驅(qū)動電流達到晶閘管驅(qū)動電流后，晶閘管開通。它是一類專用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣液晶顯示模塊，可顯示兩行，每行可以顯示 16 個字符。 顯示電路采用 LCD 液晶顯示器，其具有體積小、外形薄、重量輕、耗能小、工作