【正文】 能單片機 8XC196KC，由于其內(nèi)置了許多功能很強的外設(shè)，簡化了設(shè)計。通過本次設(shè)計使我對 皮帶機軟啟動 原理、應(yīng)用及變頻器的原理、應(yīng)用有了進一步的了解， 對數(shù)控技術(shù)和現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)在提升機方面的應(yīng)用有進一步的認識。對本論文（設(shè)計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 由于時間和水平所限，此設(shè)計錯漏之處，懇請各位領(lǐng)導(dǎo)、評委指正。 f． SCR 為主體的軟起動裝置的初級智能化所需要的辨識軟件極仿真軟件還需要進一步的工作來完成。 b． 該軟起動裝置以 SCR 為主體 ，采用電流閉環(huán)控制。對內(nèi)存的診斷分為對 EPROM 程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器進行診斷。由前面的高速輸入 HIS 鎖定信號頻率。 ? 本設(shè)計中的同步電路設(shè)計 在本設(shè)計中用線電壓 ACU ，作為同步信號。 交流 a 相同步信號接至鎖相環(huán)的相位給定輸入 端上。 1. 單相同步電路 所謂單相同步電路是指在三相整流電路或有源逆變電路中利用某一相電源作為同步信號。 三相交流調(diào)壓電路帶電阻和電感混合負載時，功率因數(shù)角 0?? 時，分析工作很復(fù)雜，輸出電壓與電流存在相位差，在線電壓過零瞬間．晶間管的導(dǎo)電并不停止，負載中仍有電流流過。所以多采用相位控制， 電路應(yīng)滿足以下要求： a： 為使三相電流形成通路，要求當(dāng)一相中有正向晶閘管導(dǎo)通時，在它的相鄰相必須有反向晶閘管導(dǎo)通； b： 為保證電路的起動工作和在小導(dǎo)通角情況下的正常運行，晶閘管應(yīng)采用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)； c： 為保證輸出電壓對稱并有相應(yīng)的控 制范同．要求觸發(fā)信號必須與交流電源有一致的相序和相位差。本設(shè)計只對帶式輸送機這樣特定的應(yīng)用提出比較合理的電流控制曲線，該電流曲線可以通過仿真映射出起動過程中的 )(tn 等其他曲線是否合理。在起動過程中電機的磁場 ? 和正常運行時的值差不多，只是此時的轉(zhuǎn)子頻率比正常運行高，故轉(zhuǎn)子的鐵損稍有增大，但即使在 50HZ 下，鐵損的比重也是很小的。當(dāng) 0?? 時，即為恒轉(zhuǎn)矩負載 此時，式 （ 2－ 25）變?yōu)椋? ?? ???? s NN ssK sd sGDsnt 1 2121 3 5 8 1 ))(1( （ 2－ 26） 可求得解析解 ? ? ?????? ??????? ? 1ln13581)1(21212121NNNN sK ssKsKsGDsnt （ 2－ 27） 給定一個 s 和 t 值，由式（ 2－ 15）和式（ 2－ 16）求出 UK 與時間 t 的關(guān)系，以式（ 2－ 18）求得 1s 值，代入式（ 2－ 27）求得 1t 值。 電機起動特性分析 電力拖動系統(tǒng)一般是由電動機，生產(chǎn)機械、傳動機構(gòu)、工作機構(gòu)和電源 組成，如圖所示，在電力拖動系統(tǒng)中，電動機將取自電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，帶動生產(chǎn)機械按照預(yù)期的運行規(guī)律實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程。 （ 2） 變頻調(diào)速裝置，變頻調(diào)速裝置主要由功率器件－IGBT 絕緣柵極可控晶體管、控制器與電抗器組成。 三相異步電動機在直接起動時，一般起動電流為其額定電流值的4～ 7 倍，起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 1— 2 倍。為了使電動機能夠轉(zhuǎn)動起來，并能很快地達到所需的轉(zhuǎn)速而正常工作，要求電動機具有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，同時又希望起動中的電 流不太大。其次是電流給定與起動過程映射關(guān)系離線仿真，為了軟起動映射關(guān)系仿真軟件，我們必須掌握對象的數(shù)學(xué)模型，特別是電網(wǎng)的輸出阻抗，電動機的機械特性 )(nM 和負載特性 )(nMfz 以及 折算到電動機的總飛輪慣量 ? 2GD 。也可以將電動機電壓 )(tU 或定子電流 )(tI視為“象源“，軟起動過程中一切物理量（包括 )(t? ）的變化過程均是由”象源“ )(tI 或 )(tU 映射產(chǎn)生的”象“。本課題擬對煤礦皮帶運輸機的軟起動作出分析，比較分析目前各種軟起動實施方案，根據(jù)特定的運行工況設(shè)計合理的軟起動方式，同時通過電 流閉環(huán)實現(xiàn) SCR 多方式軟起動。 除了上面介紹的軟起動方式外，還有電壓與電流控制的各種組合方式，如斜坡電壓與電流限制下的軟起動，起動脈沖、斜坡電壓與電流限制下的軟起動等。當(dāng)起動即將結(jié)束時起動電流會自動減下來。這種起動方式比傳統(tǒng)的自精變壓器或 Y— A 降壓起動有了較大的進步，但在某些工況應(yīng)用時，還會出現(xiàn)較大的二次沖擊電流，而且容易損壞晶閘管。其中出現(xiàn)了各種起動方式“斜坡電壓起動方式“”恒電流或限流起動方式“、脈沖突跳方式”等等。所以，這種“硬起動”不僅會縮短傳動單元和做功機械設(shè)備的使用壽命，而且過高的起動電流還會引起供電電網(wǎng)的電壓驟然跌落，致使那些對電壓敏感的用電設(shè)備產(chǎn)生負面的影響。另外，起動設(shè)備的觸點多，發(fā)生故障也多，維護工作量大等。因此，起動電流和起動轉(zhuǎn)矩比直接起動時小，但比 ??Y 起動時大。一般起動補償器備有電源電壓的幾個抽頭。 在不考慮參數(shù)的變化情況下，由于 2?UMst ? ( 2?U 為相電壓 )，因而改為 Y 接法起動時的起動轉(zhuǎn)矩 stYM 也減小到 ? 接法起動時的起動轉(zhuǎn)矩 ?stM 的 31 。 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 4 頁 由于起動電流正比于定子的端電壓，而起動轉(zhuǎn)矩正比于定子端電壓的平方。一般情況下，對于經(jīng)常起動的電動機，起動電流引起供電母線的電壓降落不超過 %10 ，而不經(jīng)常起動的電動機，起動電流引起供電母線的電壓降落如不超過 %15 ，才允許采用直接起動。其中最主要的是起動轉(zhuǎn)矩和起動電流的倍數(shù)。因此要控制帶式輸送機的起動加速度。標準三相感應(yīng)異步電動機被廣泛應(yīng)用于各種機電能量轉(zhuǎn)換場所，煤礦帶式輸送機就是其典型的應(yīng)用。對于長距離、大運量帶式輸送機 ,運行過程中一旦發(fā)生緊急停車 ,再起動時仍為滿載起動 ,因而滿載起動是設(shè)計中必須考慮的。 異步電機的起動 鼠籠式異步電機起動和直流電動機一樣，異步電動機拖動生產(chǎn)機械在起動過程中，要求電動機具有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，使生產(chǎn)機械較快地達到正常運行；同時又希望起動電流不要太大，以免過大的起動電流引起電源電壓的下降，從而影響接在電網(wǎng)上的其他電氣設(shè)備的正常 工作。一般籠型異步電動機直接起動時的電流倍山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 3 頁 數(shù)為 7~5?Nst II ，這往往不能滿足起動要求?？梢?，這種起動方法只能適用于對起動轉(zhuǎn)矩要求不高的場合，例如用于驅(qū)動離心泵、風(fēng)機等。 設(shè)電動機每相短路阻抗 kZ 為常值。自耦變壓器原、副邊電壓之比為 ak ，于是經(jīng)過自耦變壓器降壓后，加在電動機上的端電壓降為aNkU ，則電動機的起動電流stNast IkI 1?。起動時，定子繞組的一部分仍接成三角形，剩下的部分接成星形。這時，由于定子繞組阻抗的增加，使起動電流減小，起動完畢后再將其余支路接入電源。 軟起動的由來與發(fā)展 三相交流電動機發(fā)明以來，經(jīng)歷了 100 多年的歷程。該類電子式軟起動器以晶閘管為主電路，微控制器作為核心控制單元來完成電動機的起動過程，已成為可能。 一般軟起動方式 1. 斜坡電壓起動 早期的軟起動器是以起動電壓為控制對象進行軟起動的。這種起動方式一般適用于起動慣性大的場合 3. 斜坡恒流軟起動 若控制起動電流以一定的速率平穩(wěn)地增加，當(dāng)起動電流增大到所設(shè)定的電流限定值 smI 時，就將起動電流保持恒 定直至起動結(jié)束。圖 24 表示了脈沖恒流軟起動方式的電流特性。 對于一個智能化的軟起動裝置，首先應(yīng)該包含對軟起動過程作出評價的體系，其次能對對象作至少時離線辨識，最后裝置應(yīng)工作在反饋或前饋控制原則下，控制是在檢測的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。這類系統(tǒng)中的任一變量都可以視為“象源“，其他一切變量均是其映射生成的”象“。 我們軟起動器的初級智能化可以通過軟件實現(xiàn)。起動過程中，如果同時采集 )(tn 數(shù)據(jù)對于建模的精度是大好處的，但是從硬件的組成上比較麻煩，這就需要權(quán)衡。在電動機直接接到電源上 起動 (即直接起動 )時，通常都將出現(xiàn)很大的起動電流。 目前礦山長距離帶式輸送機的起動主要采用以下 3 種技術(shù) （ 1） 差動輪系液粘調(diào)技術(shù)。其工作原理是利用傳動介質(zhì)來傳遞動力。 15CLtA? ，1AmA avt ? (2－ 10) 式中： v －額定帶速， sm/ ； Ama －滿載平均起動加速度，2/~ smaAm ? 因此傳動系統(tǒng)平均起動系數(shù)應(yīng)滿足 ： ZPinDFtvmKNTuAAmr??????????? ??? 29555 (2－ 11) 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 21 頁 minAK 、 maxAK 、 AmK 將作為設(shè)計的依據(jù)，用于判斷軟起動系統(tǒng)是否滿足輸送機的起動要求。 1)(90221221 222???????? T tJMsZn rZtI ststst （ 2－ 45） 由 )1(221)( 12221 snnT ttta ?????? ?????? 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 30 頁 解得：11222??? ??Tts （ 2－ 46） 上式代入 （ 2－ 45） 1)11()(90 2212222122???????????? TtJMTtnrtIst，解 得： ?????? ???????? ?????????? ???? 11190 1)( 222122212 ?????? TtnMT tJrtI st （ 2－ 47） 第二段恒加速度起動過程 )1(22 1 snn ??? ??? ， )1(22 11 111 ???? ?? ???? T tTns )1(21 ???? ?? ?T tTs （ 2－ 48） 同樣解得電流： ?????? ???????? ??????????? ???? )1(21190 1)( 1212 ????? ?? T tTnMTJrtI st （ 2－ 49） 同理可得第三段加速度遞減起動過程電流： ?????? ???????? ????? snMT tTJrtI st 12212)1(190 1)( ??? ?? （ 2－ 50） 式中： ?????? ?????? )1(112 11 11 T tT tns ?? ??? ?? 將轉(zhuǎn)差 s 、 I 代入式： stNU ZtIUtK )()( ? ，得到 )(tKU 與 t 的關(guān)系曲線 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 31 頁 2－ 12 分段加速起動時的電流曲線 軟起動性能的判別 軟起動過程是否滿足起動要求 a． 由起動曲線 maxTM 計算出 該起動器的最大過載系數(shù)： MMK Tg m axm ax ? , 將結(jié)果與式（ 2－ 8）的許用最大起動系數(shù)比較 b． 根據(jù)起動特性曲線，計算的平均起動系數(shù)： MMK QqQ ? ，將結(jié)果和式（ 2－ 11）比較。所以在鼠籠型異步電機的常規(guī)起動方法中以直接起動的起動能耗最小，所以在軟起動中對起動電流的抑制，加速轉(zhuǎn)矩越小，起動過程愈長，能耗愈大，所以以恒流方式等限流方式軟起動時，對限流的選擇應(yīng)該考慮起動時間的長短設(shè)置合理的起動倍數(shù)，以盡量減小損耗。如果采用這種控制方式進行調(diào)壓調(diào)速時，其優(yōu)點是：晶閘管可以在電壓或電流的過零時刻關(guān)山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 35 頁 斷，則開關(guān)的損耗將減至最小，且輸出的電壓和電流波形為正弦波。 從波形的進一步分析可知，當(dāng) 0150?? 時的交變輸出電壓為零。 同步電路 在晶閘管整流裝置和晶閘管有源逆變器的觸發(fā)電路中，為了使每一周波重復(fù)地在相同的相位上觸發(fā)晶閘管，所發(fā)信號必須與電 源電壓同步，即觸發(fā)信號與電源電壓保持固定的相位關(guān)系。電壓BU 恰好是 晶閘管 VT1 的自然換相點， BU 被接到 CTCl 的 CLK／TRG1 輸入端，作為 CTCl 的外觸發(fā)信號。 同步變壓器 rT 的原邊接三相交流電源，副邊電壓經(jīng) RC 移相后使同步信 號的過零點正好都落在六個自然換相點上。 HIS 可以靠事件形式寄存器來選擇每一引腳可 以檢測到的外部事件形式。如試算正確，則表示 CPU 工作正常，可以采樣及數(shù)據(jù)處理了。實驗系統(tǒng)由實驗電機、單片機系統(tǒng)、脈沖觸發(fā)板和可控硅主回路組成。通過單片機的最小系統(tǒng)，再輔以簡單外圍電路，就可以完成控制器系統(tǒng)的設(shè)計。 本設(shè)計的完成從項目的立題、研究到審閱都得到了 指導(dǎo)老師耐心指導(dǎo)， 張仲昌、張紀良和王進野老師 淵博的學(xué)識，嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，孜孜不倦的教導(dǎo)作風(fēng)，都對作者產(chǎn)生有益而深遠的影響。 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 49 頁 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計）授權(quán)使用說明 本論文（設(shè)計）作者完全了。在此向尊敬的 老 師致以衷心的感謝和崇高的敬意。 e． 電流控制采用 PID 算法，系數(shù)的選擇采用試驗和 經(jīng)驗確定，精確度不是很高，有時需要不