【正文】 不變時，在一定的轉(zhuǎn)差率下，起動轉(zhuǎn)矩與定子端電壓平方成正比，起動電流與定子端電壓成正比。 三相異步電動機(jī)的啟動特性 為了研究三相異步電動機(jī)起停時電壓、電流和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，從而敲定啟停方案，就有必要了解電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。但從經(jīng)濟(jì)效益、特性功能、維護(hù)量、能耗、高次諧波和可靠性等方面來說，固態(tài)軟起動器的性價比要高。目前國內(nèi)的軟起動技術(shù)主要以液阻軟起動為主。而且電動機(jī)的起動電流都限定于額定值之內(nèi)，固變頻軟起動對電網(wǎng)和電動機(jī)的沖擊很小，電磁轉(zhuǎn)矩較大，起動時長短。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 軟起動技術(shù)發(fā)展迅速，現(xiàn)如今已有諸多應(yīng)用。軟起動設(shè)備能通過降低電機(jī)輸入電壓，減小功率因素角， 降低電機(jī)的能耗，實現(xiàn)電機(jī)的節(jié)能。 電動機(jī)直接起動所產(chǎn)生的短時沖擊電流，包含短暫的諧波電流，使得電網(wǎng)有大量的諧波分量產(chǎn)生。因此交流電動機(jī)的起動已成為當(dāng)代電氣行業(yè)的一個重要課題。 32 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 交流異步電機(jī)是電力拖動系統(tǒng)中一個極為重要的元件。 31 參考文獻(xiàn) 22 PID 控制理論 13 同步信號檢測電路 5 傳統(tǒng)軟起動方法 關(guān)鍵詞 ：異步電動機(jī)； 晶閘管軟起動； PID 控 制；單片機(jī) ABSTRACT Ⅱ ABSTRACT The threephase asynchronous motors are nowadays widely used in electric drive system due to their simple construction, easy manufacture, high reliability and easy maintenance, etc. However, the direct start of asynchronous motor can generate much high current, which will cause a lager power grid voltage drop and affecting the operation of the power grid and other equipment. And the mechanical shock caused by starting torque can also affect the service life of motor itself and dragging equipment. Intelligent Solid Soft Starter is designed for large and medium electromotor in order to decline the maximum current during the starting. Through controlling the current, It can avoid the impact for electric other equipments and motor, improving the efficiency of and decreasing impair of motor. All of these can start the motor and protect the equipments. This paper analyzes the starting characteristics of asynchronous motor, paring the characteristics of a variety of softstarter mode and describes the working principle of asynchronous motor starter. Combining with the actual application, this article choose thyristor soft starter. And build the soft start controller design scheme and the relevant simulation experiments. In this thesis, hardware circuit based on the 89C52RC MCU, including the DC power, the system of microprocessor, condition monitoring circuit, LCD manmachine Interface, etc. Every part of the circuit is analyzed in detail. The software of the controller is discussed. PID ale applied in the controlling strategy of starting electromotor. Key Words: Asynchronous motors。論文的公布（包括刊登）授權(quán)井岡山大學(xué)教務(wù)處辦理。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得井岡山大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。電機(jī)軟起動控制器是專門為中高壓三相交流電機(jī)降低啟動電流而設(shè)計的。 SCM 第 1 章 緒論 目 錄 摘要 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 第 2 章 三相異步電動機(jī)的起動 12 軟起動控制系統(tǒng)組成 15 轉(zhuǎn)速測量電路 由此種種，交流異步電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防工業(yè)、醫(yī)療等各行各業(yè)都有著較為廣泛的應(yīng)用。其優(yōu)點是操作簡便 ,起動設(shè)備簡單。采用軟起動器對電動機(jī)進(jìn)行軟起動，可以降低電動機(jī)能耗，提高設(shè)備利用率，延長設(shè)備壽命。軟起動器不僅能夠解決電動機(jī)運(yùn)行過程中實際問題，同時還可降低能源損耗，提高設(shè)備利用效率，減小設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用，延長設(shè)備壽命。 國外軟起動裝置以固態(tài)軟起動為主，也就是晶閘管軟起動和變頻軟起動。國外早在 1970 年便開始了對晶閘管三相交流調(diào)壓技術(shù)研究。在電機(jī)起動電流基本不變的情況下，電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩將隨端電壓上升而逐步增大，達(dá)到平滑起動。本文以目前國內(nèi)外軟起動技術(shù)的現(xiàn)狀為背景，在研究軟起動技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用 89C52RC 單片機(jī)為微控單元構(gòu)建了晶閘管串聯(lián)軟起動系統(tǒng)。而電動機(jī)軟起動多采用基于集中參數(shù)等效數(shù)學(xué)模型。 但正如前文所述，直接起動對電網(wǎng)、電機(jī)和其它用電設(shè)備的危害很大，如威脅設(shè)備和電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行等。 圖 定子串電阻或電抗起動原理圖 第 2 章 三相異步電動機(jī)的起動 6 (2) Y/△起動 Y/△ 起動是定子繞組以 Y 接法起動，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至接近額定轉(zhuǎn)速時，將繞組換為△接法，電動機(jī)轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行。變頻器作為軟起動裝置時，它的電壓和頻率皆可從零連續(xù)調(diào)節(jié)，并保持較小的轉(zhuǎn)差率。 (3) 液態(tài)電阻軟起動方式 液態(tài)電阻是一種由電解液形成的電阻，它導(dǎo)電的本質(zhì)是離子導(dǎo)電。可變電抗器式的軟起動裝置由于采用了可變電抗技術(shù)，元器件不用串聯(lián)，因此相比其它軟起動可靠性大大提高，也很方便維修。 電流限定值 一 般設(shè)定為 e，故 這種起動方式起動電流小且電流限定值可調(diào)，對電網(wǎng)電壓影響小。這種起動方式的特點是起動電流相對較大，但起動時間相對較短，適用于重載起動的電動機(jī)。 （ 4）轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動 轉(zhuǎn)矩加突跳控 制起動方式和轉(zhuǎn)矩控制起動方式類似，也應(yīng)用在重載起動場合。其中一相是正向晶閘管導(dǎo)通，另一相則是反向晶閘管導(dǎo)通。在電機(jī)起動過程中，隨著轉(zhuǎn)速逐漸變大，功率因數(shù)角 也在不斷變化。這些電路經(jīng)過單片機(jī)聯(lián)系在一起，通過高性能單片機(jī)來對電機(jī)軟起動的起動進(jìn)行分析和計算，通過各個功能模塊來實現(xiàn)軟起動所需要的功能。電機(jī)起動結(jié)束后，閉合晶閘管旁路接觸器 K，電機(jī)正常運(yùn)行。從而實現(xiàn)定子兩端電壓的無極調(diào)節(jié)，完成電動機(jī)的軟起動。電壓反饋回路如圖 所示： 圖 相 電壓反饋電路 圖中 是有電壓傳感器采集的單相電壓信號，該信號經(jīng)降壓整流濾波后，分壓得到直流信號， OUT1 輸出的信號通過調(diào)理后轉(zhuǎn)化為 A/D 轉(zhuǎn)換器量程范圍內(nèi)的直流電壓。當(dāng)電第 3 章 軟起動器硬件設(shè)計 16 機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶連接在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的硅鋼片動轉(zhuǎn)動，當(dāng)硅鋼片霍爾傳感器時，感應(yīng)出一個脈沖信號，該信號經(jīng)過處理后輸入單片機(jī)，通過中斷方式進(jìn)行轉(zhuǎn)速測量。對于單相電阻負(fù)載，由于一般晶閘管開通時間為 6us，應(yīng)要求脈寬大于 10us，最好有 20～ 50us。根據(jù)需要設(shè)計了起動鍵、停機(jī)鍵、增鍵、減鍵、設(shè)定鍵和確認(rèn)鍵。 主程序 主程序主要完成系統(tǒng)的檢測，變量的初始化，參數(shù)的修改，故障的診斷，系統(tǒng)的保護(hù)等任務(wù)。 晶閘管觸發(fā)脈沖程序流程圖如圖 所示： 圖 晶閘管觸發(fā)脈沖程序流程圖 初始化充值 主程序 計算同步信號周期和 60176。 LCD液晶顯示程序 液晶顯示部分采用 LCD1602，主要內(nèi)容是與鍵盤輸入相配合，使用戶能夠方便、直觀和形象地進(jìn)行控制操作。本文中擬采用電壓斜坡控制和恒流控制方式，采用增量式 PI 調(diào)節(jié)控制策略，通過調(diào)用 PI 子程序?qū)υO(shè)置量和反饋量進(jìn)行比較后進(jìn)行 PI 控制算法運(yùn)算，輸出晶閘管的觸發(fā)角。 PID 調(diào)節(jié)器的性能主要取決于它的參數(shù)整定，如能在實際控制過程中實時改變 PID 的參數(shù)使其到更優(yōu)的控制效果。故微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。將式可得離散的PID 表達(dá)式為： (53) 式中 k 是采樣序號， k=0， l， 2?， 為第 k 次采樣時刻的單片機(jī)輸出值；第 k 次采樣時刻輸入的偏差值， 是第 k1 次采樣時刻輸入的偏差值； 是比例系數(shù)， 是積分系數(shù)， 是微分系數(shù)。但過大，會使響應(yīng)過程提前制動，從而延長調(diào)節(jié)時間，而且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能。仿真結(jié)構(gòu)主要環(huán)節(jié)模塊的處理包括：三相交流電壓源、同步脈沖發(fā)生模塊、三相交流調(diào)壓模塊、異步電機(jī)模塊、電流檢測模塊、 PID 調(diào)節(jié)模塊等環(huán)節(jié)。輸入電壓經(jīng)過 Relay 產(chǎn)生半周等寬方波，再經(jīng)過Rate Limiter 產(chǎn)生鋸齒波，鋸齒波與移相控制電壓疊加，調(diào)節(jié)鋸齒波的過零點，再經(jīng)過延遲產(chǎn)生前沿可調(diào)、后延固定的晶閘管觸發(fā)脈沖。其模型及參數(shù)設(shè)置如圖 所示。 （ a）起動轉(zhuǎn)矩波形 （ b）起動電流波形 第 6 章 軟起動控制系統(tǒng)的 Matlab/simulink 仿真 29 （ b）轉(zhuǎn)速波形 圖 直接起動效果 從圖中可以看到，起動瞬間轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩和電流的震蕩非常大。 第 7 章 結(jié)論與展望 31 第 7 章 總結(jié)與展望 廣泛應(yīng)用的三相異步電動機(jī)起動時刻出現(xiàn)的起動電流一般高出額定電流的 3～7 倍，會對進(jìn)線、供電電網(wǎng)、電動機(jī)以及其他設(shè)備造成嚴(yán)重危害。 由于時間及實驗條件的限制，仍還有許多問題有待于進(jìn)一步研究和改進(jìn)，例如系統(tǒng)保護(hù)，軟件程序設(shè)計， PID 控制參數(shù)不夠合理的內(nèi)容不夠詳實等。 這篇論文實在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，他在學(xué)習(xí)和工作方面給了我大量的指導(dǎo)，讓我學(xué)到了很多知識，也獲得了實踐鍛煉的機(jī)會。能夠在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用有關(guān)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識進(jìn)行課題設(shè)計，研究方法基本合理，基本上達(dá)到畢業(yè)設(shè)計的要求。