【正文】 能單片機(jī) 8XC196KC，由于其內(nèi)置了許多功能很強(qiáng)的外設(shè)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)使我對(duì) 皮帶機(jī)軟啟動(dòng) 原理、應(yīng)用及變頻器的原理、應(yīng)用有了進(jìn)一步的了解， 對(duì)數(shù)控技術(shù)和現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)在提升機(jī)方面的應(yīng)用有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。 由于時(shí)間和水平所限，此設(shè)計(jì)錯(cuò)漏之處，懇請(qǐng)各位領(lǐng)導(dǎo)、評(píng)委指正。 f． SCR 為主體的軟起動(dòng)裝置的初級(jí)智能化所需要的辨識(shí)軟件極仿真軟件還需要進(jìn)一步的工作來(lái)完成。 b． 該軟起動(dòng)裝置以 SCR 為主體 ，采用電流閉環(huán)控制。對(duì)內(nèi)存的診斷分為對(duì) EPROM 程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行診斷。由前面的高速輸入 HIS 鎖定信號(hào)頻率。 ? 本設(shè)計(jì)中的同步電路設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中用線電壓 ACU ，作為同步信號(hào)。 交流 a 相同步信號(hào)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(hào)。 三相交流調(diào)壓電路帶電阻和電感混合負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)角 0?? 時(shí)，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(guò)零瞬間．晶間管的導(dǎo)電并不停止，負(fù)載中仍有電流流過(guò)。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(shí)，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(dòng)工作和在小導(dǎo)通角情況下的正常運(yùn)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(duì)稱并有相應(yīng)的控 制范同．要求觸發(fā)信號(hào)必須與交流電源有一致的相序和相位差。本設(shè)計(jì)只對(duì)帶式輸送機(jī)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(guò)仿真映射出起動(dòng)過(guò)程中的 )(tn 等其他曲線是否合理。在起動(dòng)過(guò)程中電機(jī)的磁場(chǎng) ? 和正常運(yùn)行時(shí)的值差不多，只是此時(shí)的轉(zhuǎn)子頻率比正常運(yùn)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(shí)，即為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 此時(shí)，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(gè) s 和 t 值，由式（ 2－ 15）和式（ 2－ 16）求出 UK 與時(shí)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(jī)起動(dòng)特性分析 電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般是由電動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)機(jī)械、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和電源 組成，如圖所示，在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)將取自電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械按照預(yù)期的運(yùn)行規(guī)律實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過(guò)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(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)時(shí)，一般起動(dòng)電流為其額定電流值的4～ 7 倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 1— 2 倍。為了使電動(dòng)機(jī)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，并能很快地達(dá)到所需的轉(zhuǎn)速而正常工作，要求電動(dòng)機(jī)具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)又希望起動(dòng)中的電 流不太大。其次是電流給定與起動(dòng)過(guò)程映射關(guān)系離線仿真，為了軟起動(dòng)映射關(guān)系仿真軟件，我們必須掌握對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，特別是電網(wǎng)的輸出阻抗，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 )(nM 和負(fù)載特性 )(nMfz 以及 折算到電動(dòng)機(jī)的總飛輪慣量 ? 2GD 。也可以將電動(dòng)機(jī)電壓 )(tU 或定子電流 )(tI視為“象源“，軟起動(dòng)過(guò)程中一切物理量（包括 )(t? ）的變化過(guò)程均是由”象源“ )(tI 或 )(tU 映射產(chǎn)生的”象“。本課題擬對(duì)煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)的軟起動(dòng)作出分析，比較分析目前各種軟起動(dòng)實(shí)施方案，根據(jù)特定的運(yùn)行工況設(shè)計(jì)合理的軟起動(dòng)方式，同時(shí)通過(guò)電 流閉環(huán)實(shí)現(xiàn) SCR 多方式軟起動(dòng)。 除了上面介紹的軟起動(dòng)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(dòng)，起動(dòng)脈沖、斜坡電壓與電流限制下的軟起動(dòng)等。當(dāng)起動(dòng)即將結(jié)束時(shí)起動(dòng)電流會(huì)自動(dòng)減下來(lái)。這種起動(dòng)方式比傳統(tǒng)的自精變壓器或 Y— A 降壓起動(dòng)有了較大的進(jìn)步，但在某些工況應(yīng)用時(shí)，還會(huì)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(dòng)方式“斜坡電壓起動(dòng)方式“”恒電流或限流起動(dòng)方式“、脈沖突跳方式”等等。所以，這種“硬起動(dòng)”不僅會(huì)縮短傳動(dòng)單元和做功機(jī)械設(shè)備的使用壽命，而且過(guò)高的起動(dòng)電流還會(huì)引起供電電網(wǎng)的電壓驟然跌落，致使那些對(duì)電壓敏感的用電設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面的影響。另外，起動(dòng)設(shè)備的觸點(diǎn)多，發(fā)生故障也多，維護(hù)工作量大等。因此，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比直接起動(dòng)時(shí)小，但比 ??Y 起動(dòng)時(shí)大。一般起動(dòng)補(bǔ)償器備有電源電壓的幾個(gè)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(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 stYM 也減小到 ? 接法起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)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(yè) 由于起動(dòng)電流正比于定子的端電壓，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩正比于定子端電壓的平方。一般情況下，對(duì)于經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流引起供電母線的電壓降落不超過(guò) %10 ，而不經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流引起供電母線的電壓降落如不超過(guò) %15 ，才允許采用直接起動(dòng)。其中最主要的是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的倍數(shù)。因此要控制帶式輸送機(jī)的起動(dòng)加速度。標(biāo)準(zhǔn)三相感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換場(chǎng)所，煤礦帶式輸送機(jī)就是其典型的應(yīng)用。對(duì)于長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī) ,運(yùn)行過(guò)程中一旦發(fā)生緊急停車 ,再起動(dòng)時(shí)仍為滿載起動(dòng) ,因而滿載起動(dòng)是設(shè)計(jì)中必須考慮的。 異步電機(jī)的起動(dòng) 鼠籠式異步電機(jī)起動(dòng)和直流電動(dòng)機(jī)一樣，異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械在起動(dòng)過(guò)程中，要求電動(dòng)機(jī)具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使生產(chǎn)機(jī)械較快地達(dá)到正常運(yùn)行；同時(shí)又希望起動(dòng)電流不要太大，以免過(guò)大的起動(dòng)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(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)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(yè) 數(shù)為 7~5?Nst II ，這往往不能滿足起動(dòng)要求?？梢?，這種起動(dòng)方法只能適用于對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的場(chǎng)合，例如用于驅(qū)動(dòng)離心泵、風(fēng)機(jī)等。 設(shè)電動(dòng)機(jī)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(guò)自耦變壓器降壓后，加在電動(dòng)機(jī)上的端電壓降為aNkU ，則電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流stNast IkI 1?。起動(dòng)時(shí)，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(shí)，由于定子繞組阻抗的增加，使起動(dòng)電流減小，起動(dòng)完畢后再將其余支路接入電源。 軟起動(dòng)的由來(lái)與發(fā)展 三相交流電動(dòng)機(jī)發(fā)明以來(lái)，經(jīng)歷了 100 多年的歷程。該類電子式軟起動(dòng)器以晶閘管為主電路，微控制器作為核心控制單元來(lái)完成電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程，已成為可能。 一般軟起動(dòng)方式 1. 斜坡電壓起動(dòng) 早期的軟起動(dòng)器是以起動(dòng)電壓為控制對(duì)象進(jìn)行軟起動(dòng)的。這種起動(dòng)方式一般適用于起動(dòng)慣性大的場(chǎng)合 3. 斜坡恒流軟起動(dòng) 若控制起動(dòng)電流以一定的速率平穩(wěn)地增加，當(dāng)起動(dòng)電流增大到所設(shè)定的電流限定值 smI 時(shí)，就將起動(dòng)電流保持恒 定直至起動(dòng)結(jié)束。圖 24 表示了脈沖恒流軟起動(dòng)方式的電流特性。 對(duì)于一個(gè)智能化的軟起動(dòng)裝置，首先應(yīng)該包含對(duì)軟起動(dòng)過(guò)程作出評(píng)價(jià)的體系，其次能對(duì)對(duì)象作至少時(shí)離線辨識(shí)，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(cè)的基礎(chǔ)上實(shí)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(dòng)器的初級(jí)智能化可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。起動(dòng)過(guò)程中，如果同時(shí)采集 )(tn 數(shù)據(jù)對(duì)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(dòng)機(jī)直接接到電源上 起動(dòng) (即直接起動(dòng) )時(shí)，通常都將出現(xiàn)很大的起動(dòng)電流。 目前礦山長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的起動(dòng)主要采用以下 3 種技術(shù) （ 1） 差動(dòng)輪系液粘調(diào)技術(shù)。其工作原理是利用傳動(dòng)介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力。 15CLtA? ，1AmA avt ? (2－ 10) 式中： v －額定帶速， sm/ ； Ama －滿載平均起動(dòng)加速度，2/~ smaAm ? 因此傳動(dòng)系統(tǒng)平均起動(dòng)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(yè) minAK 、 maxAK 、 AmK 將作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，用于判斷軟起動(dòng)系統(tǒng)是否滿足輸送機(jī)的起動(dòng)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(yè) 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(dòng)過(guò)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(dòng)過(guò)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(yè) 2－ 12 分段加速起動(dòng)時(shí)的電流曲線 軟起動(dòng)性能的判別 軟起動(dòng)過(guò)程是否滿足起動(dòng)要求 a． 由起動(dòng)曲線 maxTM 計(jì)算出 該起動(dòng)器的最大過(guò)載系數(shù)： MMK Tg m axm ax ? , 將結(jié)果與式（ 2－ 8）的許用最大起動(dòng)系數(shù)比較 b． 根據(jù)起動(dòng)特性曲線，計(jì)算的平均起動(dòng)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(jī)的常規(guī)起動(dòng)方法中以直接起動(dòng)的起動(dòng)能耗最小，所以在軟起動(dòng)中對(duì)起動(dòng)電流的抑制，加速轉(zhuǎn)矩越小，起動(dòng)過(guò)程愈長(zhǎng)，能耗愈大，所以以恒流方式等限流方式軟起動(dòng)時(shí)，對(duì)限流的選擇應(yīng)該考慮起動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短設(shè)置合理的起動(dòng)倍數(shù)，以盡量減小損耗。如果采用這種控制方式進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是：晶閘管可以在電壓或電流的過(guò)零時(shí)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(yè) 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(jìn)一步分析可知，當(dāng) 0150?? 時(shí)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(hào)必須與電 源電壓同步，即觸發(fā)信號(hào)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(diǎn)， BU 被接到 CTCl 的 CLK／TRG1 輸入端，作為 CTCl 的外觸發(fā)信號(hào)。 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(hào)的過(guò)零點(diǎn)正好都落在六個(gè)自然換相點(diǎn)上。 HIS 可以靠事件形式寄存器來(lái)選擇每一引腳可 以檢測(cè)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)電機(jī)、單片機(jī)系統(tǒng)、脈沖觸發(fā)板和可控硅主回路組成。通過(guò)單片機(jī)的最小系統(tǒng)，再輔以簡(jiǎn)單外圍電路，就可以完成控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)的完成從項(xiàng)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(jì)良和王進(jìn)野老師 淵博的學(xué)識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，孜孜不倦的教導(dǎo)作風(fēng)，都對(duì)作者產(chǎn)生有益而深遠(yuǎn)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(yè) 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說(shuō)明 本論文（設(shè)計(jì)）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(yàn)和 經(jīng)驗(yàn)確定，精確度不是很高，有時(shí)需要不