【正文】 電力系統(tǒng)中常用的基本元件和模塊 ,該模塊庫是在電機(jī)仿真時(shí)經(jīng)常使用的。由于本文的 PID 控制算法的輸出量要控制晶閘管的輸出電壓，此類對(duì)象適合用增量式 PID 控制算法，所以下面主要介紹增量式 PID 控制算法。具體通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來使電動(dòng)機(jī)的端電壓漸增，起動(dòng)電流得到控制。電角度時(shí)間對(duì)應(yīng)時(shí)間，由定時(shí)器 0 完成 依次發(fā)觸發(fā)脈沖信號(hào)，同時(shí)向前補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖，即g5(g4)， g6(g5)， g1(g6)，g2(g1)， g3(g2)， g4(g3)，每發(fā)一個(gè)觸發(fā)信號(hào)延時(shí)60176。液晶顯示器按功能分為段位式 LCD、字符式 LCD 和點(diǎn)陣式 LCD，前兩者只能顯示有限字符，而點(diǎn)陣式 LCD 不僅能顯示字符，還可以顯示漢字及各種圖形。由于晶閘管在觸發(fā)導(dǎo)通后控制極就失去控制作用，為了減少控制極損耗，故一般觸發(fā)信號(hào)常采用脈沖形式。電壓同步信號(hào)檢測電路如圖 所示： 圖 同步信號(hào)檢測電路 圖中光耦起到同步變壓器的作用。三組晶閘管串接于電源和電機(jī)之間，通過控制晶閘管的觸發(fā)角來控制電機(jī)輸入電壓，從而達(dá)到軟起動(dòng)目的； (2)電壓檢測電路：一方面將三相電源電壓的大小信號(hào)，送到單片機(jī)，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換作為故障檢測、過壓 /欠壓保護(hù)、電壓顯示等依據(jù)；另一方面，將電源電壓轉(zhuǎn)變成方波信號(hào)，作為晶閘管觸發(fā)的同步信號(hào)； 第 3 章 軟起動(dòng)器硬件設(shè)計(jì) 13 (3)電流檢測電路：通過電流互感器檢測電機(jī)的三相電流，將電流信息送入單片機(jī)，作為過流保護(hù)、電流顯示等依據(jù)。 圖 任意相晶閘管的工作波形 第 2 章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 11 由圖 可知 角 決定了晶閘管的輸出電壓，故改變 角的大小就可以調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入電壓 。在此過程中，需要按照一定規(guī)律適時(shí)調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角，使得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩按照線性規(guī)律運(yùn)行。所以可變電抗式軟起動(dòng)要比晶閘管串聯(lián)式軟起動(dòng)直接對(duì)電機(jī)的高次諧波傷害要小得多。 (2) 晶閘管串聯(lián)式軟起動(dòng)裝置 晶閘管串聯(lián)式軟起動(dòng)裝置是由 3 組反并聯(lián)晶閘管組成，其實(shí)質(zhì)是三相交流調(diào)壓電路。 (1)定子回路串電阻 /電抗起動(dòng) 定子繞組串電阻 /電抗相當(dāng)于與定子繞組分電網(wǎng)電壓。 論文研究的主要內(nèi)容： (1) 軟起動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； (2) 軟起動(dòng)控制器硬件設(shè)計(jì)； (3) 軟起動(dòng)控制器控制軟件設(shè)計(jì)； (4) 軟起動(dòng)器控制算法； (5) 軟起動(dòng)器的仿真調(diào)試； 第 2 章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 4 第 2 章 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 在三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)技術(shù)發(fā)展過程中，傳統(tǒng)起動(dòng)技術(shù)（如自耦變壓器降壓起動(dòng)、定子串電阻電抗起動(dòng)、 Y/△降壓起動(dòng)等）有著舉足輕重的作用。 第 1 章 緒論 3 我國于 90 年代起開始晶閘管軟起動(dòng)技術(shù)的研究，且有了一定成果。達(dá)到減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長設(shè)備壽命的目標(biāo)。同時(shí)，直接起動(dòng)時(shí)的大起動(dòng)電流會(huì)對(duì)電機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條造成很大的沖擊，可能破壞繞組絕緣和造成鼠籠條斷裂，引發(fā)電機(jī)故障。 24 軟起動(dòng)主要環(huán)節(jié)仿真模型 12 晶閘管調(diào)壓主回路 10 第 3 章 軟起動(dòng)控制器硬件設(shè)計(jì) 本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。 本文首先分析了交流 電機(jī)的起動(dòng)特性、對(duì)比了多種傳統(tǒng)的軟起動(dòng)方式的特點(diǎn)，闡述了交流異步電機(jī)軟啟動(dòng)器的工作原理。 4 三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法 8 晶閘管串聯(lián)軟起動(dòng)工作原理 22 第 6 章 軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的 Matlab/Simulink 仿真 然而，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性并非理想。 第 1 章 緒論 2 課題研究的目的及意義 電動(dòng)機(jī)是大多工業(yè)企業(yè)的重要用電裝置。在沒有調(diào)速要求的情況下，起動(dòng)輕載荷時(shí)運(yùn)用晶閘管軟起動(dòng)。 綜上所述，國內(nèi)軟起動(dòng)技術(shù)與國外技術(shù)相比還存在很大差距。將異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)繞組的頻率、相數(shù)以及各相有效串聯(lián)匝數(shù)歸算到定子側(cè)，從而推導(dǎo)出異步電動(dòng)機(jī)的等效電路。由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，該方法只適合于輕載起動(dòng)的場合。此方式為能量損耗型降壓起動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)大量的能量消耗在水電阻上，然后逐漸向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)移能量，是 電動(dòng)機(jī)提速。電機(jī)恒流軟起動(dòng)電流曲線，如圖 所示。這種起動(dòng)方式很好地克服了負(fù)載靜阻力矩，縮短了起動(dòng)時(shí)間，但是突跳的存在會(huì)給電網(wǎng)和周圍設(shè)備造成影響，這也是本方式的一個(gè)缺憾。只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的輸入電 壓按照預(yù)定規(guī)律變化的要求。圖中晶閘管兩端并聯(lián)RC 阻容吸收回路用于限制電壓上升率，防止因正向電壓上升率過大導(dǎo)致晶閘管誤導(dǎo)通，產(chǎn)生較大的浪涌電路而導(dǎo)致?lián)p壞。 第 3 章 軟起動(dòng)器硬件設(shè)計(jì) 15 電流檢測電路 電流檢測的方法很多，本設(shè)計(jì)中采用電流互感器，利用其檢測出交流電流。 (4) 觸發(fā)脈沖與主回路電源電壓必須同步并有一定的移相范圍。 根據(jù)三相市電固定時(shí)序，微控制器依次發(fā)六個(gè)彼此間隔60 度的觸發(fā)脈沖給相應(yīng)的六個(gè)晶閘管，為可靠形成電流回路，在發(fā)某個(gè)脈沖時(shí)，同時(shí)向前補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖。 其基本操作時(shí)序如下： 讀狀態(tài) 輸入： RS=L， RW=H， E=H 輸出： DB0~DB7=狀態(tài)字 寫指令 輸入： RS=L， RW=L， E=下降沿脈沖， DB0~DB7=指令碼 輸出： DB0~DB7=狀態(tài)字 讀數(shù)據(jù) 輸入： RS=H， RW=H， E=H 輸出： DB0~DB7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 輸入： RS=H， RW=L， E=下降沿脈沖， DB0~DB7=數(shù)據(jù) 輸出：無 LCD 液晶顯示程序流程圖如圖 所示。 PID控制理論 PID 控制方法是在生產(chǎn)過程中普遍采用的控制方法，在電機(jī)、冶金、機(jī)械、化工等行業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。其中 A 相相位為 0， B 相和 C 相分別滯后 A 相120176。而在仿真建模中，測量子庫（ measurements）提供了有效值測量模塊 RMS，可直接加以利用，十分方便。由高性能控制芯片技術(shù)與電力電子技術(shù)的緊密結(jié)合產(chǎn)生的軟起動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)更靈活的實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng)。在此祝愿他身體健康，全家幸福！同時(shí)也要感謝深圳深雄科技有限公司給我提供 良好的實(shí)習(xí)環(huán)境和生活環(huán)境，讓我們?cè)谶@個(gè)陌生的環(huán)境里感受到溫暖。 3．論文結(jié)論與創(chuàng)新性 作者根據(jù)確定的研究內(nèi)容和研究方案，開展了 交流異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)研究 的設(shè)計(jì)、仿真和驗(yàn)證，完成了 基于單片機(jī)的交流異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)研究 的設(shè)計(jì)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)。在踏入社會(huì)之前，要對(duì)所有曾經(jīng)給過我?guī)椭椭С值睦蠋煟瑢W(xué)和朋友表示衷心的感謝。與直接起動(dòng)相比，恒流軟起動(dòng)的起動(dòng)電流大致為額定電流的 2~3 倍，符合起動(dòng)要求。本文采用了其中的鼠籠異步電機(jī) (Asynchronous Machine SI Units)。而電力系統(tǒng)模型庫 (Power Systems Blockset)是 Simulink 里的特殊工具庫，專門用于解決電路、電力電子、電機(jī)等系統(tǒng)的仿真和分析，其功能非常強(qiáng)大。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。另外它是建 立在對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型上。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。 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。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。 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)。 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。對(duì)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。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。 （ 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。但由于使用到晶閘管，因此對(duì)元件特性參數(shù)的一致性有很高的要求，且很難得到保證。因此，這種起動(dòng)方法僅僅適用于空載或輕載起動(dòng)場合。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。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)。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。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。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)。 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。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。 Ⅰ ABSTRACT 1 課題研究的目的及意義 5 新型電子式軟起動(dòng)方法 17 第 4 章 軟起動(dòng)控制器控制軟件設(shè)計(jì) 19 按鍵輸入 /LCD 液晶顯示程序 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。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。可將以上起動(dòng)方式分為固態(tài)軟起動(dòng)和液態(tài)軟起動(dòng)兩種。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。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。其原理圖如圖 所示。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。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。轉(zhuǎn)矩起動(dòng)控制曲線，如圖 所示。但是對(duì)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)。電機(jī)起動(dòng)過程中，控制電路按設(shè)定的調(diào)壓模式對(duì)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)。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。 (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。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。鍵盤掃描程序流程圖如圖 所示。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。為書寫方便，將 簡化表示成 內(nèi)。 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。輸入 A、 B、 C 對(duì)應(yīng)定子的三相線路，Tm 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩輸入， m 為測量口。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