【正文】 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(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行課題設(shè)計(jì)，研究方法基本合理，基本上達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。 由于時(shí)間及實(shí)驗(yàn)條件的限制，仍還有許多問(wèn)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(jì)， PID 控制參數(shù)不夠合理的內(nèi)容不夠詳實(shí)等。 （ a）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩波形 （ b）起動(dòng)電流波形 第 6 章 軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的 Matlab/simulink 仿真 29 （ b）轉(zhuǎn)速波形 圖 直接起動(dòng)效果 從圖中可以看到，起動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電流的震蕩非常大。輸入電壓經(jīng)過(guò) Relay 產(chǎn)生半周等寬方波，再經(jīng)過(guò)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(guò)零點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)延遲產(chǎn)生前沿可調(diào)、后延固定的晶閘管觸發(fā)脈沖。但過(guò)大，會(huì)使響應(yīng)過(guò)程提前制動(dòng)，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，而且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能。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。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(guò)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。 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(jì)算同步信號(hào)周期和 60176。根據(jù)需要設(shè)計(jì)了起動(dòng)鍵、停機(jī)鍵、增鍵、減鍵、設(shè)定鍵和確認(rèn)鍵。當(dāng)電第 3 章 軟起動(dòng)器硬件設(shè)計(jì) 16 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶連接在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的硅鋼片動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)硅鋼片霍爾傳感器時(shí)，感應(yīng)出一個(gè)脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后輸入單片機(jī)，通過(guò)中斷方式進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量。從而實(shí)現(xiàn)定子兩端電壓的無(wú)極調(diào)節(jié)，完成電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。這些電路經(jīng)過(guò)單片機(jī)聯(lián)系在一起，通過(guò)高性能單片機(jī)來(lái)對(duì)電機(jī)軟起動(dòng)的起動(dòng)進(jìn)行分析和計(jì)算，通過(guò)各個(gè)功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)所需要的功能。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。這種起動(dòng)方式的特點(diǎn)是起動(dòng)電流相對(duì)較大，但起動(dòng)時(shí)間相對(duì)較短，適用于重載起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。可變電抗器式的軟起動(dòng)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(dòng)可靠性大大提高，也很方便維修。變頻器作為軟起動(dòng)裝置時(shí)，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。 但正如前文所述，直接起動(dòng)對(duì)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。本文以目前國(guó)內(nèi)外軟起動(dòng)技術(shù)的現(xiàn)狀為背景，在研究軟起動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)。國(guó)外早在 1970 年便開(kāi)始了對(duì)晶閘管三相交流調(diào)壓技術(shù)研究。軟起動(dòng)器不僅能夠解決電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)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(zhǎng)設(shè)備壽命。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便 ,起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單。 15 轉(zhuǎn)速測(cè)量電路 12 軟起動(dòng)控制系統(tǒng)組成 3 第 2 章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 SCM 第 1 章 緒論 目 錄 摘要 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(xiě)過(guò)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(shū)而使用過(guò)的材料。 關(guān)鍵詞 ：異步電動(dòng)機(jī)； 晶閘管軟起動(dòng)； 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。 22 PID 控制理論 因此交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)已成為當(dāng)代電氣行業(yè)的一個(gè)重要課題。軟起動(dòng)設(shè)備能通過(guò)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(shí)現(xiàn)電機(jī)的節(jié)能。而且電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流都限定于額定值之內(nèi)，固變頻軟起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)的沖擊很小，電磁轉(zhuǎn)矩較大，起動(dòng)時(shí)長(zhǎng)短。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(lái)說(shuō)，固態(tài)軟起動(dòng)器的性價(jià)比要高。 由電機(jī)學(xué)知識(shí)可知，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速 n=0,即轉(zhuǎn)差率 s=1，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 和起動(dòng)電流 ： 第 2 章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 5 (21) (22) 當(dāng)電源頻率和電動(dòng)機(jī)的參數(shù)都不變時(shí)，在一定的轉(zhuǎn)差率下，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與定子端電壓平方成正比，起動(dòng)電流與定子端電壓成正比。若自耦變壓器的變比為 k，自耦變壓器起動(dòng)一次側(cè)起動(dòng)線電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩都降至直接起動(dòng)的 。 (4) 可變電抗器軟起動(dòng) 可變電抗軟起動(dòng)技術(shù)是利用可變電抗器來(lái)實(shí)現(xiàn)高低壓隔離。目前改進(jìn)的方法是采用雙斜坡起動(dòng)：輸出電壓先迅速升至 ( 為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)所需的最小轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的電壓值 )，然后按設(shè)定的斜率逐漸升高電壓，直至達(dá)到額定電壓。晶閘管調(diào)壓的控制方式有兩種：一是相位控制，即通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)調(diào)壓；二是周波控制，在一定的時(shí)間內(nèi)，控制晶閘管導(dǎo)通的工頻周期數(shù)來(lái)達(dá)到調(diào)壓的目的。本章論述了控制器硬件電路設(shè)計(jì)中的芯片選型、功能電路的設(shè)計(jì)。 VT1～ VT6 依次相差 60176。 電流檢測(cè)電路如圖 所示： 圖 三相電流檢測(cè)電路原理圖 轉(zhuǎn)速測(cè)量電路 不管是何種類(lèi)型的軟啟動(dòng)器，使用何種啟動(dòng)方式，軟啟動(dòng)的最終目的都是為了使電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)牧氵_(dá)到額定值。 單個(gè)晶閘管觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示： 圖 單個(gè)晶閘管驅(qū)動(dòng)電路 第 3 章 軟起動(dòng)器硬件設(shè)計(jì) 17 觸發(fā)電路工作原理為：當(dāng)單片機(jī)輸出口根據(jù)控制規(guī)律計(jì)算出的指定時(shí)刻有觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出時(shí)，相應(yīng)端口置 1，光電隔離 TLP524 截止， +5V 電源加在三極管 Q的基極，因此三極管導(dǎo)通，此時(shí)脈沖變壓器 T 原邊和電源構(gòu)成回路，其副邊向有脈沖輸出，在晶閘管門(mén)極形成滿足晶閘管門(mén)極觸發(fā)條件的觸發(fā)脈沖。 ~ 分別用于輸出晶閘管的觸發(fā)信號(hào) ,~ 用于模擬量的采樣。同步信號(hào)中斷程序流程圖如圖 所示。 圖 PID 控制系統(tǒng)原理圖 PID 控制器對(duì)偏差量的控制規(guī)律可由下面公式解釋?zhuān)? (51) 第 5 章 軟起動(dòng)器控制算法 23 式中 為比例時(shí)間常數(shù)； 為 積分時(shí)間常數(shù)； 為微分時(shí)間常數(shù)。越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但過(guò)大，在響應(yīng)過(guò)程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過(guò)程的較大超調(diào)。 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(cè)量和脈沖觸發(fā)模塊組成。 圖 PID 調(diào)節(jié)模塊 軟起動(dòng)仿真結(jié)果分析 假設(shè)電機(jī)控制起動(dòng)。 (2) 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(cè)電路，電流檢測(cè)電路，晶閘管驅(qū)動(dòng)電路，鍵盤(pán)輸入 /LCD 顯示電路，旁路接觸器電路，霍爾測(cè)速電路。感謝陪伴我的電氣班的同學(xué)們，感謝他們?cè)诖髮W(xué)期間在學(xué)習(xí)和生活上給予我的幫助。 開(kāi)題（ 12 月、 1 月）： 8 學(xué)時(shí)； 1 稿（ 2 月份）： 30 學(xué)時(shí)； 2 稿（ 3 月份）： 30 學(xué)時(shí) 。從更長(zhǎng)期來(lái)看，變頻軟起動(dòng)將成為軟起動(dòng)的主流。 （ a）轉(zhuǎn)矩波形 （ b）電流波形 （ c）轉(zhuǎn)速波形 圖 恒流軟起動(dòng)效果 第 6 章 軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的 Matlab/simulink 仿真 30 由圖可以得知，起動(dòng)時(shí)定子電流迅速上升至設(shè)定限流值 30A，并保持相對(duì)穩(wěn)定。內(nèi)部模型圖如圖 所示。 Simulink 中的電氣系統(tǒng)模塊庫(kù) (power System Blockset)涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動(dòng)和