【正文】 電流檢測模塊 實(shí)際應(yīng)用的軟起動(dòng)系統(tǒng)，通常是采用電流互感器取反饋信號(hào)，經(jīng)直流、濾波等信號(hào)處理環(huán)節(jié)，以獲得如實(shí)反映起動(dòng)電流（一般為有效值）的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)起來并不簡單。起動(dòng)時(shí)交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)迅速上升，在 后達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 1500r/min，電流最大值可達(dá)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(dá)到額定轉(zhuǎn)速，電流降低到穩(wěn)定運(yùn)行電流。傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)存在著降壓效果不明顯、耗能大、有機(jī)械觸點(diǎn)或不能平滑調(diào)節(jié) 電壓等缺點(diǎn)。 電機(jī)軟起動(dòng)器將來的發(fā)展方向是更加智能化和多功能化。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(jì)任務(wù)。 2．論文內(nèi)容與工作量 本設(shè)計(jì)的以 MCS51 系列單片機(jī) 89C52RC 為主控芯片，設(shè)計(jì)了軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序，包括最小系統(tǒng)及擴(kuò)展電路，同步信號(hào)檢測電路，電流檢測電路，晶閘管驅(qū)動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)原理，通過 MATLAB/SIMULINK 仿真平臺(tái)搭建了軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真模型。設(shè)計(jì)過程中有些地方具有自己的獨(dú)特見解和新意，但整體創(chuàng)新性一般。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。同時(shí)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(dá)我對他們的深深地思念和感恩。通過 PI 控制實(shí)現(xiàn)了限流軟起動(dòng)的仿真驗(yàn)證。但由于維持起動(dòng)電流的電壓不是額定電壓，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程較直接起動(dòng)要慢的多，同時(shí)，起動(dòng)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(jì)任存在很大的缺陷。 為了更好的比較軟起動(dòng)和直接起動(dòng)的區(qū)別，圖 給出了直接起動(dòng)的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波形，如圖所示。輸入 A、 B、 C 對應(yīng)定子的三相線路，Tm 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩輸入， m 為測量口。該電路由同步、鋸齒波形成和移相控制等環(huán)節(jié)組成。 依據(jù)軟起動(dòng)系統(tǒng)原理圖，組成智能軟起動(dòng)軟仿真模型，如圖 所示。 (3) 微分作用系數(shù)的作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)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(jìn)行提前預(yù)報(bào)。為書寫方便，將 簡化表示成 內(nèi)。偏差變化越快，反饋校正量則越大。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(shí)時(shí)控制的要求。軟起動(dòng)器設(shè)計(jì)遵循異步電機(jī)起動(dòng)要求：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩夠大，沖擊電流最小，保證電機(jī)正常起動(dòng)；起動(dòng)平滑迅速、無沖擊；起動(dòng)設(shè)備操作方便。鍵盤掃描程序流程圖如圖 所示。即當(dāng)端口輸出為低電平時(shí)，經(jīng)外加反相器變?yōu)楦唠娖胶笥|發(fā)晶閘管導(dǎo)通。根據(jù)以上的要求設(shè)計(jì)軟件，軟件有主程序、脈沖觸發(fā)程序、鍵盤輸入程序。 鍵盤輸入 /LCD顯示電路 鍵盤輸入采用獨(dú)立方式的鍵盤接口，采用查詢的方式進(jìn)行工作。 (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?；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(diǎn)，因此這里選用霍爾傳感器檢測脈沖信號(hào)。電子軟起動(dòng)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(dá)到額定值。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)?？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(hào)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。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)。 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。轉(zhuǎn)矩起動(dòng)控制曲線，如圖 所示。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。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)。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。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。其原理圖如圖 所示。 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。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。 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。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。晶閘管軟起動(dòng)裝置在國外發(fā)達(dá)國 家比較普遍?？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。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。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。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。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。 24 軟起動(dòng)系統(tǒng)仿真結(jié)果 20 鍵盤輸入程序 19 按鍵輸入 /LCD 液晶顯示程序 17 第 4 章 軟起動(dòng)控制器控制軟件設(shè)計(jì) 7 軟起動(dòng)控制方式 5 新型電子式軟起動(dòng)方法 4 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性 1 課題研究的目的及意義 Ⅰ ABSTRACT PID control algorithm。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。 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(hào) 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。 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。 Thyristor soft start。 18 主程序 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)。 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)。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。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)。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。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。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)。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。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。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。因此，這種起動(dòng)方法僅僅適用于空載或輕載起動(dòng)場合。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。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。其基本設(shè)計(jì)思想是將可變電抗器的一次繞組直接與電機(jī)定子 (或轉(zhuǎn)子 )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。 （ 1）限流起動(dòng) 限流起動(dòng)方式就是電機(jī)在起動(dòng)過程中采用電流閉環(huán)設(shè)計(jì)，以限制起動(dòng)電流不超過預(yù)先的設(shè)定值 (圖 中為 或 )并進(jìn)行。初始電壓和電壓上升率可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)整。它的缺點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)間較長，同時(shí)控制規(guī)律比較復(fù)雜，不易獲得。周波控制方式有難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)壓，不易找到合適的調(diào)壓比等缺點(diǎn)，所以交流調(diào)壓大多以相位控制方式為主。對于恒定的負(fù)載而言，功率因數(shù)角 是常量， 僅僅與 有關(guān)，此時(shí)，只要改變晶閘管觸發(fā)角就可以改變晶閘管的輸出電壓。 軟起動(dòng)控制器系統(tǒng)組成 根據(jù)軟起動(dòng)控制器設(shè)計(jì)的需要，本設(shè)計(jì)中的軟起動(dòng)控制系統(tǒng)包括兩部分：主回路和控制回路。 主回路設(shè)計(jì) 電機(jī)軟起動(dòng)控制器主回路如圖 所示，采用帶旁路的晶閘管三相交流調(diào)壓電路，由三組反并聯(lián)的雙晶閘管支路組成，串接在電機(jī)三相電路。 圖 可變電抗軟起動(dòng)控制器主回路 電壓檢測電路 同步信號(hào)檢測電路 為保證主回路中各個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖與其陽極電壓保持嚴(yán)格的相位關(guān)系，同步信號(hào)檢測是很不可缺少的環(huán)節(jié)。 電壓反饋電路 三相異步電動(dòng)機(jī)定子側(cè)相電壓、相 (線 )電流是異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的兩個(gè)重要參數(shù)。 本設(shè)計(jì)選用霍爾傳感器測速，測量電路如圖 所示： 圖 霍爾測速電路 測量電機(jī)轉(zhuǎn)速首先要將電機(jī)的轉(zhuǎn)速表示為單片機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào)，從而進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。晶 閘管屬于電流控制器件，為保證足夠的觸發(fā)電流，考慮裕量，一般可取兩倍左右門極觸發(fā)電流。而當(dāng)輸出口沒有置 1，即為低電平時(shí)，由于脈沖變壓器副邊的兩個(gè)二極管的作用，脈沖變壓器無脈沖輸出，晶閘管門極無觸發(fā)脈沖。 鍵盤輸入 /LCD 顯示電路如圖 所示： 圖 單個(gè)晶閘管驅(qū)動(dòng)電路 第 4 章 軟起動(dòng)器控制軟件設(shè)計(jì) 18 第 4 章 軟起動(dòng)器控制軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)軟啟動(dòng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，控制系統(tǒng)應(yīng)該具備參數(shù)的設(shè)置，在啟停過程中根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)輸出觸發(fā)角 以及過壓、過流等故障保護(hù)的功能。由于單片機(jī)在上電復(fù)位期間，所有輸出為高電平，為避復(fù)位期間所有晶閘管存在驅(qū)動(dòng)信號(hào)，應(yīng)采用低電平為有效觸發(fā)信號(hào)。單片機(jī)通過查詢方式判斷是否有按鍵按下，根據(jù)按鍵情況執(zhí)行相關(guān)程序。 軟起動(dòng)過程控制程序 出于對電機(jī)起動(dòng)性能考慮，不同應(yīng)用場合應(yīng)選用不同的起動(dòng)方式和控制策略。另外它是建 立在對象精確的數(shù)學(xué)模型上。理想的 PID調(diào)節(jié)器對偏差變化的可見，它對偏差的 任何變化都產(chǎn)生控制作用，以調(diào)整系統(tǒng)輸出，阻止偏差的變化。顯然，上述離散化過程中，采樣周期 必須足夠短，能保證有足夠的精度。若過小，將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。而電力系統(tǒng)模型庫 (Power Systems Blockse