交流電機軟起動器控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計

1、畢業(yè)設計交流電機軟起動器控制系統(tǒng)設計姓 名： 陳 然 學 號： 05000002 班 級： 05通信 專 業(yè)： 通信工程 所在系： 電子信息工程 指導老師： 呂 榮 畢業(yè)設計論文原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計論文，是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過奉獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權說明本

2、人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計論文的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計論文的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽效勞；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡木植炕蛉績热荨Ｗ髡吆灻?日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要奉獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承當。

3、作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保存、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保存并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或局部內容編入有關數(shù)據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項1.設計論文的內容包括：1封面按教務處制定的標準封面格式制作2原創(chuàng)性聲明3中文摘要300字左右、關鍵詞4外文摘要、關鍵詞 5目次頁附件不統(tǒng)一編入6論文主體局部：引言或緒論、正文、結論7參考

4、文獻8致謝9附錄對論文支持必要時2.論文字數(shù)要求：理工類設計論文正文字數(shù)不少于1萬字不包括圖紙、程序清單等，文科類論文正文字數(shù)不少于萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文復印件。4.文字、圖表要求：1文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2工程設計類題目的圖紙，要求局部用尺規(guī)繪制，局部用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準標準。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4圖表應繪制于無格子的頁面上5軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1設計論文

5、2附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文復印件次序裝訂指導教師評閱書指導教師評價：一、撰寫設計過程1、學生在論文設計過程中的治學態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格4、研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格5、完成畢業(yè)論文設計期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文設計質量1、論文設計的整體結構是否符合撰寫標準？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文設計任務包括裝訂及附件？ 優(yōu) 良 中

6、 及格 不及格三、論文設計水平1、論文設計的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文設計說明書所表達的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格在所選等級前的內畫“指導教師： 簽名 單位： 蓋章年 月 日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文設計質量1、論文設計的整體結構是否符合撰寫標準？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文設計任務包括裝訂及附件？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文設計水平1、論文設計的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格

7、2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文設計說明書所表達的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格在所選等級前的內畫“評閱教師： 簽名 單位： 蓋章年 月 日教研室或辯論小組及教學系意見教研室或辯論小組評價：一、辯論過程1、畢業(yè)論文設計的根本要點和見解的表達情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、對辯論問題的反響、理解、表達情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學生辯論過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文設計質量1、論文設計的整體結構是否符合撰寫標準？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文設計任務包括裝訂及附件？

8、優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文設計水平1、論文設計的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文設計說明書所表達的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格評定成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格教研室主任或辯論小組組長： 簽名年 月 日教學系意見：系主任： 簽名年 月 日摘 要三相異步電動機的起動電流高達額定電流的58倍，對電網造成較大干擾，尤其在工業(yè)領域中的重載起動，有時可能對設備平安構成嚴重威脅。傳統(tǒng)的降壓起動方式，如星三角起動、自耦變壓器起動等，要么起動電流和機械沖擊過大，要么體積龐大笨重、損耗大，要么起

9、動力矩小、維修率高等等，都不盡人意。軟啟動技術不僅實現(xiàn)在整個起動過程中無沖擊而平滑地起動電動機，而且可根據電動機負載的特性來調節(jié)起動過程中的參數(shù)如限流值、起停時間等，以到達最正確的起停狀態(tài)。我們從三相異步電動機的應用控制出發(fā), 介紹了基于單片機控制的電機軟啟動原理, 給出了基于單片機控制的電機軟啟動裝置的設計方法。用該方法控制電機的軟啟動系統(tǒng)具有控制結構簡單, 實用性強等優(yōu)點。 關鍵詞: 交流電動機 軟啟動原理 單片機 軟啟動程序 晶閘管Ac motor soft starter controlABSTRACTThree-phase asynchronous motor starting cu

10、rrent is as high as rated current of 5 8 times of grid, cause bigger interference, especially in the industrial field, sometimes the overloading of equipment starting may pose a serious threat to security. The traditional step-down start way, if star triangle starting, self coupling transformer star

11、ting etc, or starting current and mechanical shock is too large, or heavy, bulky or loss is big, small, maintenance starting torque rate high, etc., are unsatisfactory. Soft start-up technology not only in the whole start process of realizing no impact and smoothly, and can according to starting mot

12、or load characteristics to adjust motor starting process of parameters such as the current limit value, starting and stopping time etc, so as to achieve the best of starting and stopping state. We from three-phase asynchronous motor, based on the application of introduced control based on single chi

13、p microcomputer control motor soft start, gives the principle based on single chip microcomputer control motor soft starter design method. Use this method to control the motor soft start-up system has control of simple structure, practical strong, etc. Key words：Ac motor Soft start principle Microco

14、ntroller Thyristor Soft start-up procedures 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc293559047 第一章 緒論 PAGEREF _Toc293559047 h 1 HYPERLINK l _Toc293559048 交流電機軟啟動存在的問題 PAGEREF _Toc293559048 h 1 HYPERLINK l _Toc293559049 1.2 軟啟動器的簡單介紹 PAGEREF _Toc293559049 h 1 HYPERLINK l _Toc293559050 1.2.1 軟啟動器的保護功能 PAGE

15、REF _Toc293559050 h 3 HYPERLINK l _Toc293559051 1.2.2 它與變頻器有的區(qū)別 PAGEREF _Toc293559051 h 3 HYPERLINK l _Toc293559052 1.2.3 軟啟動的作用 PAGEREF _Toc293559052 h 3 HYPERLINK l _Toc293559053 1.2.4 軟啟動器的優(yōu)點 PAGEREF _Toc293559053 h 4 HYPERLINK l _Toc293559054 1.3 國內外軟啟動現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc293559054 h 4 HYPERLINK l _T

16、oc293559055 1.4 本課題的意義及主要工作 PAGEREF _Toc293559055 h 5 HYPERLINK l _Toc293559056 第二章 軟啟動的根本原理和特點 PAGEREF _Toc293559056 h 6 HYPERLINK l _Toc293559057 2.1 軟啟動原理 PAGEREF _Toc293559057 h 6 HYPERLINK l _Toc293559058 2.2 軟啟動常用的幾種啟動方式 PAGEREF _Toc293559058 h 7 HYPERLINK l _Toc293559059 2.3 軟啟動常用的幾種停機方式 PAGE

17、REF _Toc293559059 h 8 HYPERLINK l _Toc293559060 2.4 接觸器旁路工作 PAGEREF _Toc293559060 h 9 HYPERLINK l _Toc293559061 2.5 軟啟動的根本接線 PAGEREF _Toc293559061 h 9 HYPERLINK l _Toc293559062 電機軟啟動方式的選擇 PAGEREF _Toc293559062 h 10 HYPERLINK l _Toc293559063 2.7 與傳統(tǒng)啟動的比擬 PAGEREF _Toc293559063 h 10 HYPERLINK l _Toc293

18、559064 2.8 單片機的簡單介紹 PAGEREF _Toc293559064 h 11 HYPERLINK l _Toc293559065 2.8.1 單片機的介紹 PAGEREF _Toc293559065 h 11 HYPERLINK l _Toc293559066 單片機的硬件特性 PAGEREF _Toc293559066 h 13 HYPERLINK l _Toc293559067 單片機的選擇 PAGEREF _Toc293559067 h 13 HYPERLINK l _Toc293559068 第三章 軟啟動控制系統(tǒng)硬件設計 PAGEREF _Toc293559068 h

19、 15 HYPERLINK l _Toc293559069 3.1 電機軟啟動系統(tǒng)原理方框圖 PAGEREF _Toc293559069 h 15 HYPERLINK l _Toc293559070 3.2 硬件設計 PAGEREF _Toc293559070 h 15 HYPERLINK l _Toc293559071 3.2.1 單片機的選型 PAGEREF _Toc293559071 h 16 HYPERLINK l _Toc293559072 3.2.2 單片機的連接電路圖 PAGEREF _Toc293559072 h 17 HYPERLINK l _Toc293559073 3.2

20、.3 可編程邏輯器件的選型 PAGEREF _Toc293559073 h 17 HYPERLINK l _Toc293559074 3.3 軟起動控制系統(tǒng)硬件電路設計 PAGEREF _Toc293559074 h 19 HYPERLINK l _Toc293559075 3.3.1 軟起動控制系統(tǒng)框圖 PAGEREF _Toc293559075 h 19 HYPERLINK l _Toc293559076 3.3.2 軟起動主電路及觸發(fā)電路 PAGEREF _Toc293559076 h 20 HYPERLINK l _Toc293559077 單片機控制電路 PAGEREF _Toc29

21、3559077 h 24 HYPERLINK l _Toc293559078 3.3.4 三相同步信號采集電路 PAGEREF _Toc293559078 h 25 HYPERLINK l _Toc293559079 脈沖放大整形電路 PAGEREF _Toc293559079 h 26 HYPERLINK l _Toc293559080 3.3.6 檢測電路 PAGEREF _Toc293559080 h 27 HYPERLINK l _Toc293559081 3.3.7 AD轉換電路 PAGEREF _Toc293559081 h 28 HYPERLINK l _Toc293559082

22、 3.3.8 鍵盤與顯示電路 PAGEREF _Toc293559082 h 29 HYPERLINK l _Toc293559083 第四章 軟啟動控制系統(tǒng)軟件設計 PAGEREF _Toc293559083 h 31 HYPERLINK l _Toc293559084 單片機控制局部程序設計 PAGEREF _Toc293559084 h 31 HYPERLINK l _Toc293559085 4.1.1 主程序的編寫 PAGEREF _Toc293559085 h 31 HYPERLINK l _Toc293559086 4.1.2 軟起動子程序 PAGEREF _Toc2935590

23、86 h 32 HYPERLINK l _Toc293559087 4.1.3 CPLD器件分解結構圖 PAGEREF _Toc293559087 h 33 HYPERLINK l _Toc293559088 4.1.4 同步信號產生模塊 PAGEREF _Toc293559088 h 34 HYPERLINK l _Toc293559089 總 結 PAGEREF _Toc293559089 h 36 HYPERLINK l _Toc293559090 參考文獻 PAGEREF _Toc293559090 h 37 HYPERLINK l _Toc293559091 謝 辭 PAGEREF

24、_Toc293559091 h 39第一章 緒論三相異步電機由于結構簡單、控制維護方便、性能穩(wěn)定、效率高等優(yōu)點而被廣泛地應用于煤礦生產和各種動力設備的拖動中。因其直接起動時產生的沖擊電流對電網及其負載造成沖擊，同時由于起動應力較大，使負載設備的使用壽命降低，因此常采用降壓起動方式來減少影響。但是，傳統(tǒng)的降壓起動方式，如星三角起動、自耦變壓器起動等，要么起動電流和機械沖擊過大，要么體積龐大笨重、損耗大，要么起動力矩小、維修率高等等，都不盡人意。隨著電子技術的開展，使用軟啟動器可以無沖擊而平滑地起動電動機，而且可根據電動機負載的特性來調節(jié)起動過程中的參數(shù)到達最正確的起停狀態(tài)，從而延長機械設備的使用

25、壽命，減少設備的維修量，提高經濟效益。交流電機軟啟動存在的問題我們都知道，全壓啟動有什么缺陷：1.起動電流到達電機全載工作電流的800%以上。2.巨大的起動電流引起電網電壓下降，影響到其他負載。3.電氣元件接觸器、過載必須選擇能耐受滿浪涌電流的規(guī)格。4.機械系統(tǒng)- 齒輪箱、風扇皮帶、電機軸、水泵軸壽命縮短，磨損加劇。5.易碎的產品碎裂、破裂、散落，定位產品的位移等。由上面可以看出全壓啟動還是有蠻多缺陷的，所以就提出了降壓啟動這個概念。傳統(tǒng)的起動方式有Y-起動，串電抗器降壓起動，自藕變壓器降壓起動、延邊三角形起動等。上述種種方式，在起動過程中，都有一個線圈電壓切換過程，因而對電網存在“二次沖擊的

26、問題。軟起動器將電力電子技術與微電腦控制技術相結合(結合了計算機技術)，起動時，由電子電路控制晶閘管的導通角使輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，自動地將起動電壓連續(xù)、平滑地上升，直至晶閘管全導通，到達額定電壓，使電機實現(xiàn)無沖擊軟起動；停機時，那么控制晶閘管的關斷速度，使電機的端電壓由全電壓逐漸下降至零，實現(xiàn)軟停車；并能徹底的解決傳統(tǒng)起動方式帶來的“二次沖擊的問題。1.2 軟啟動器的簡單介紹軟啟動顧名思義，就是不直接啟動，而是慢慢的、一點一點的啟動。比方在電機的輸入端一點一點地把電壓從0升高到額定電壓，頻率由0漸漸的變化到額定頻率，這樣電機在啟動過程中的啟動電流，就由過去不可控的過載沖擊電流變成

27、為可控的、可根據需要調解大小的啟動電流。電機啟動的全過程都不存在沖擊轉矩，而是平滑的啟動運行。這就是所謂的電動機的軟啟動。軟啟動器于20世紀70年代末和80年代初投入市場，填補了星-三角啟動器和變頻器在功能實用性和價格之間的鴻溝。采用軟啟動器，可以控制電動機電壓，使其在啟動過程中逐漸升高，很自然地控制啟動電流，這就意味著電動機可以平穩(wěn)啟動，機械和電應力降至最小。因此軟啟動器在市場上得到廣泛應用，并且軟啟動器所附帶的軟停車功能有效地防止水泵停止時所產生的“水錘效應。 圖1.1 軟啟動器 Soft starter異步電動機以其優(yōu)良的性能及無需維護的特點，在各行各業(yè)中得到廣泛的應用。然而由于其起動時

28、要產生較大沖擊電流(一般為Ie的5-8倍)，同時由于起動應力較大，使負載設備的使用壽命降低。國家有關部門對電機起動早有明確規(guī)定，即電機起動時的電網電壓將不能超過15%。解決方法有兩個：增大配電容量，采用限制電機起動電流的起動設備，如果僅僅為起動電機而增大配電容，從經濟角度上來說，顯然不可取。為此，人們往往需要配備限制電機起動電流的起動設備，過去人們多采用Y/轉換，自藕降壓，磁控降壓等方式來實現(xiàn)。這些方法雖然可以起到一定的限流作用，但沒有從根本上解決問題。 伴隨傳動控制對自動化要求的不斷提高，采用可控硅為主要器件、單片機為控制核心的智能型電動機起動設備軟起動器，已在各行各業(yè)得到越來越多的應用，由

29、于軟起動器性能優(yōu)良、體積小、重量輕，并且具有智能控制及多種保護功能，而且各項起動參數(shù)可根據不同負載進行調整，其負載適應性很強。因此電子式軟起動器將逐步取代落后的Y/、自耦減壓和磁控式等傳統(tǒng)的減壓起動設備成為必然。 電力電子技術的快速開展，智能型軟起動器得到廣泛應用。智能型軟起動器是一種集軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護于一體的新穎電機控制裝置，又稱為SoftStarter。它不僅實現(xiàn)在整個起動過程中無沖擊而平滑的起動電機，而且可根據電動機負載的特性來調節(jié)起動過程中的參數(shù)，如限流值、起動時間等。此外，它還具有多種對電機保護功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動設備的諸多弊端。 軟啟動器的保護

30、功能1.過載保護功能：軟起動器引進了電流控制環(huán)，因而隨時跟蹤檢測電機電流的變化狀況。通過增加過載電流的設定和反時限控制模式，實現(xiàn)了過載保護功能，使電機過載時，關斷晶閘管并發(fā)出報警信號。2.缺相保護功能：工作時，軟起動器隨時檢測三相線電流的變化，一旦發(fā)生斷流，即可作出缺相保護反響。 3.過熱保護功能：通過軟起動器內部熱繼電器檢測晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動關斷晶閘管，并發(fā)出報警信號。 4.其它功能：通過電子電路的組合，還可在系統(tǒng)中實現(xiàn)其它種種聯(lián)鎖保護。 它與變頻器有的區(qū)別軟啟動器和變頻器是兩種完全不同用途的產品。變頻器是用于需要調速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時改變頻率

31、；軟啟動器實際上是個調壓器，用于電機起動時，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。變頻器具備所有軟啟動器功能，但它的價格比軟啟動器貴得多，結構也復雜得多。大多數(shù)軟啟動器在晶閘管兩側有旁路接觸器觸頭，其優(yōu)點是： 1.在電機運行時可以防止軟啟動器產生的諧波。2.軟啟動的晶閘管僅在起動停車時工作，可以防止長期運行使晶閘管發(fā)熱，延長了使用壽命。 3.一旦軟啟動器發(fā)生故障，可由旁路接觸器作為應急備用。.3 軟啟動的作用軟啟動器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)平

32、滑啟動，降低啟動電流，防止啟動過流跳閘。待電機到達額定轉數(shù)時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網防止了諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉數(shù)逐漸下降到零，防止自由停車引起的轉矩沖擊。軟起動器安裝調節(jié)方便，所有控制連接及參數(shù)調節(jié)均在正面上完成。該軟啟動器在安裝后用戶仍可方便就地改造，如：附加限流功能和內接/外接轉換選擇。該軟起動器可不帶旁路持續(xù)在線運行。軟起動器為旁路和故障單獨設置了控制繼電器。該軟起動器所有參數(shù)均通過面板上的

33、三只旋鈕電位計和一只拔碼開關設定，直觀準確。它甚至可以工作在有振動和環(huán)境溫度較高的應用場合。當該軟起動器用于內接時因可控硅模塊上承受的是三角形接法時的相電流，所以相同電流的軟起動器在內接時可以負載比外接時大1.73倍的電機。如一臺58A的S型軟起動器內接應用時可以負載100A的電機。 原那么上，籠型異步電動機凡不需要調速的各種應用場合都可適用。應用范圍是交流電380V也可660V，電機功率從幾千瓦到800千瓦。軟起動器特別適用于各種泵類負載或風機類負載，需要軟起動與軟停車的場合。同樣對于變負載工況、電動機長期處于輕載運行，可廣泛用于紡織，冶金、石油化工、水處理、船舶、運輸、醫(yī)藥、食品加工，采礦

34、和機械設備等行業(yè)。 軟啟動器的優(yōu)點對于大功率異步電動機而言，軟啟動比硬起動即直接起動和傳統(tǒng)降壓起動具有以下主要優(yōu)點： 1.減少起動過程引起的電網電壓降使之不影響同一供電網其它電氣設備的正常運行； 2.對電動機提供平滑的起動過程，降低電機起動過程中線路的沖擊電流，減少電動機傳動機械的沖擊電流及對電網和配電系統(tǒng)的沖擊，延長電動機傳動機械使用壽命；3.減少電磁干擾：硬起動產生的沖擊電流會以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運行；4.有多臺電動機控制功能，用一臺起動器控制多臺電動機的起動，起動電流、起動時間可分別設置；多種起動模式：電壓斜坡起動、限流起動、脈沖突跳起動，具有軟停車功能； 5.具有完善的保護

35、功能：過載保護、斷相保護、過壓和欠壓保護等。1.3 國內外軟啟動現(xiàn)狀隨著國民經濟的飛速開展，科學技術的日新月異，智能控制系統(tǒng)得到了廣泛的應用。如：智能大廈、無人值守泵站、無人值守供熱站、各種遙控調度系統(tǒng)、生產作業(yè)自動化等等。這正是國家實現(xiàn)科學技術現(xiàn)代化的重要標志，也是每一個技術人員肩負的重要責任。智能控制技術的應用，給我們提出了很多要求。如電網的波動性，執(zhí)行機構的智能配套等，都要求越來越嚴格。作為重要驅動執(zhí)行機構的電動機來說，它的控制方式受到廣闊技術人員的高度重視。既要為智能控制打下良好根底，又要降低電動機起動時對電網的沖擊。所以，不得不在電動機的起動設備上做工作。鼠籠型異步電動機電子軟啟動器

36、的誕生給技術人員解決了這個問題。它既能改變電動機的起動特性保護拖動系統(tǒng)，更能保證電動機可靠起動，又能降低起動沖擊。我國軟起動行業(yè)現(xiàn)狀與國外有所不同，國產液態(tài)軟起動裝置占據了很大的市場份額。國產液態(tài)軟起動裝置比國外產品簡單，本錢更低，電解液配置不采用蒸餾水，液箱也做成不密封的。國產裝置得以流行的原因是它比擬適合現(xiàn)時我國的國情。它能夠滿足起碼的軟起動要求，售價低，維護雖然麻煩，但難度不大。在國家政策、經濟環(huán)境的影響下，用戶對電氣設備節(jié)能要求不斷提高，加上近年來電力行業(yè)的快速開展，帶動了國內用戶對軟起動器產品認識的提高。國內廠商開始在軟起動器市場的研發(fā)、生產和制造加大投入，推出各類型610kV的國產

37、固態(tài)軟起動系統(tǒng)，促進了整個軟啟動市場的開發(fā)和增長。單純起動功能的軟起動器產品已經不能滿足用戶的需求，評選“設計師最喜愛的軟起動器品牌活動正是希望從一線設計師的工作中總結軟起動器未來開展的方向。從國外軟啟動器的開展狀況看，興旺國家的電動機軟起動產品主要是固態(tài)軟起動裝置和兼作軟起動的變頻器。在生產工藝兼有調速要求時，那么采用變頻裝置；在沒有調速要求的使用場合下，起動負載較輕時例如風機、水泵采用固態(tài)軟起動；在重載或負載功率特別大的時候，才用變頻軟起動。固態(tài)軟起動裝置是興旺國家軟起動的主流產品，各知名廠家均有自己固態(tài)軟起動的品牌，在其功能上又各具特色。而液態(tài)軟起動產品，由于其種種缺點，在降壓軟起動領域

38、的開展空間有限。興旺國家生產的液態(tài)軟起動產品，一般用在中壓繞線轉子電動機軟起動中。進口的液態(tài)軟起動產品，主要是60年代到90年代的產品，在興旺國家有被淘汰的趨勢。1.4 本課題的意義及主要工作電機直接起動存在較大的沖擊，消耗了大量電能?？此浦苯悠饎臃绞狡饎雍唵?，其實電機在直接起動時會產生很大的瞬間電流沖擊，造成許多危害：A過大的熱應力極易導致繞組損壞，造成繞組絕緣提前老化，從而降低電動機的使用壽命B過大的起動電流將使感應電動機的起動轉矩沖擊很大C過大的起動電流還造成對電網的沖擊，造成能源浪費，傳統(tǒng)降壓起動方法無法從根本上解決這些問題。因此研究交流電動機的軟起動器控制系統(tǒng)，以此來克服上述電動機起

39、動時的缺點，是很有現(xiàn)實意義和經濟效益的。課題主要工作：a實現(xiàn)交流電機軟起動數(shù)字控制系統(tǒng)設計。b采用51單片機，設計單片機及其接口電路、晶閘管主電路和驅動板。c應用Keil編程軟件，設計交流電機軟起動器控制軟件，對程序進行調試。第二章 軟啟動的根本原理和特點 軟啟動原理軟啟動是指運用串接于電源與被控電機之間的軟啟動器，控制其內部晶閘管的導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數(shù)關系逐漸上升，直至起動結束，賦予電機全電壓的起動方法。軟啟動器是一種集電機軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，它的主要構成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路，通過運用不同的方

40、法，控制三相反向并聯(lián)晶閘管的導通角，使被控電動機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。如下圖。 根本原理圖Figure 2.1 basic principle diagram目前使用的軟啟動器，根本上是以單片機作為中央控制器控制核心來完成測量及各種控制算法，用程序軟件自動控制整個起動過程。它通過單片機及相應的數(shù)字電路控制晶閘管觸發(fā)脈沖的遲早來改變觸發(fā)角的大小，從而改變晶閘管的導通時間，最終改變加到電動機三相繞組的電壓大小。由于電動機轉矩近似與定子電壓的平方成正比，電流又和定子電壓成正比。這樣，電動機的起動轉矩和起動電流的限制可以通過定子電壓的控制來實現(xiàn)，而定子電壓又是通過可控硅的導

41、通相角來控制的，所以不同的初始相角可實現(xiàn)不同的端電壓，電動機的起動轉矩和起動電流的最大值可根據負載而設定,以滿足不同的負載起動要求。電動機起動過程中，晶閘管的導通角逐漸增大，晶閘管的輸出電壓也逐漸增加，電動機從零開始加速，直到晶閘管全導通，從而實現(xiàn)電動機的無級平滑起動，并使電動機工作在額定電壓的機械特性上。 軟啟動常用的幾種啟動方式1.限流起動 電動機起動時，軟啟動器輸出電壓從零迅速增加，直到輸出電流上升到設定的限流值Iq，在輸出電流不大于Iq下，電壓逐漸上升，電機加速，直到起動完成。如下圖，Iq可調，Ie為電機額定電流。此方式的優(yōu)點是起動電流小，且可按需要調整，對電網影響小。缺點是在起動時難

42、以知道起動壓降，不能充分利用壓降空間；損失起動力矩，起動時間相對較長，對電動機不利。圖2.2 限流起動示意圖Figure 2.2 current limiting start schemes2.電壓斜坡起動 指輸出電壓按預先設定的斜坡線性上升，即電壓由小到大斜坡線性上升，它是將傳統(tǒng)的降壓起動從有級變成了無級。主要用在重載起動，它的缺點是初始轉矩小，轉矩特性拋物線型上升對拖動系統(tǒng)不利，且起動時間長對電動機不利。如下圖。圖2.3 電壓斜坡起動示意圖Figure 2.3 voltage ramp start schemes3.突跳控制起動 也是用在重載起動，不同的是在起動的瞬間用突跳轉矩克服電機靜轉

43、矩，然后轉矩平滑上升，縮短起動時間。但是，突跳會給電網發(fā)送尖脈沖，干擾其它負荷，應用時要特別注意。如下圖。圖2.4 突跳控制起動示意圖Figure 2.4 turkestan jump control diagram starting4.電壓控制起動 用在輕載起動的場合，在保證起動壓降下發(fā)揮電動機的最大起動轉矩，盡可能的縮短了起動時間，是最優(yōu)的輕載軟啟動方式。2.3 軟啟動常用的幾種停機方式1.自由停車 傳統(tǒng)的控制方式都是通過瞬間停電完成的，即慣性停車斷電自停。2.軟停車 如下圖，在停車信號發(fā)出后，軟啟動器輸出電壓從額定電壓Ue迅速降到跌落電壓Usd，再按所設定的時間降到起始電壓Ui，軟啟動器

44、停止輸出。 這種停車方式可以消除由于自由停車帶來的拖動系統(tǒng)反慣性沖擊，如皮帶運輸機、升降機等許多負荷并不宜突然停機，高層建筑的水泵系統(tǒng)也因自由停車，而產生巨大的“水錘效應，使管道、水泵損壞。軟停車功能正好能滿足此要求。晶閘管在收到軟停機信號后，導通角漸減，經一定時間才過渡到全關，即電動機端電壓漸減至零，停車時間可按實際需要設定。圖2.5 軟停車示意圖Figure 2.5 soft parking schemes3.制動停車 向電機輸入直流電流，從而加快制動，制動時間可調，主要用于慣性力矩大的負載或需快速停機的場合，在一定的場合代替了反接制動停車。2.4 接觸器旁路工作軟啟動器有在線型和旁路型。

45、在線型是指起動完畢，不需要觸器旁路，一直帶電工作的工作方式，晶閘管長期在線運行功耗太大造成能源浪費、給電網帶來高次諧波污染等。旁路型是為了延長使用壽命，使電網防止諧波污染，減少軟啟動器中的晶閘管發(fā)熱損耗，在電動機到達滿速運行時用旁路接觸器取代已完成起動任務的軟啟動器。旁路型電路復雜化，系統(tǒng)可靠性降低。2.5 軟啟動的根本接線KRQS110/P型軟啟動器根本接線示意圖如下圖：圖2.6 根本接線示意圖Figure 2.6 basic wiring diagram全數(shù)字電子軟啟動器不僅能有效控制鼠籠式三相異步電動機起動電流，減緩電流對電動機和電網的沖擊，還能在起動和運行過程檢測電流、電壓參數(shù)，對異常

46、情況進行處理、顯示及報警，實現(xiàn)對電動機的綜合保護。 三相鼠籠式異步電動機以其結構簡單、性價比高和工作特性好等諸多優(yōu)點，在當今工業(yè)應用的各個領域都有廣泛的應用，但它有一明顯缺點，就是起動電流過大(一般起動電流為額定電流的57倍甚至更大)，這樣不管是對電動機本身，還是對電網以及其他電氣設備，都會產生不利的影響。 電子軟啟動器的誕生，已經從很大程度上提供了解決這個技術難題的有效手段，而且近年來隨著電力電子技術以及智能控制技術的不斷開展，電子軟啟動器已經逐步取代了傳統(tǒng)的起動方法，例如“Y降壓起動、自耦變壓器降壓起動以及磁性調壓起動等。所謂電子軟啟動器，就是使用晶閘管調壓技術，采用單片機控制的起動器，在

47、用戶規(guī)定的起動時間內自動地將起動電壓連續(xù)平滑地上升，直到到達額定電壓，從而到達有效控制起動電流的目的。作為應用最廣泛的鼠籠型異步電動機，它采用降壓起動的條件：一是電動機起動時，機械不能承受全壓起動的沖擊轉矩；二是電動機起動時，其端電壓不能滿足標準要求；三是電動機起動時，影響其他負荷的正常運行。對于降壓起動目前有兩種方式，一種是降壓起動，一種是軟啟動。他經過了三個開展階段，一是“ Y- 起動器和自藕降壓起動器，二是磁控式軟啟動器，三是目前最先進最流行的電子軟啟動器。電子軟啟動器一般都是采用16位單片機進行智能化控制，他既能保證電動機在負載要求的起動特性下平滑起動，又能降低對電網的沖擊，同時，還能

48、實現(xiàn)直接計算機通訊控制，為自動化智能控制打下良好的根底。它們的造價比擬是：“ Y-起動器須六根出線而且故障率太高，維修費也高已不常采用，自藕方式每個千瓦80元左右，磁控的每千瓦150元左右，自藕和磁控的體積較大且故障率較高，維修費較高，電子軟啟動器每個千瓦在100元到200元之間，一般情況下，一臺開關柜能放多臺電子軟啟動器，節(jié)省工程造價，且故障率較低，維修費也低。所以，電子軟啟動器應是我們首選的目標。2.7 與傳統(tǒng)啟動的比擬籠型電機傳統(tǒng)的減壓起動方式有 Y- 起動、自耦減壓起動、電抗器起動等。這些起動方式都屬于有級減壓起動，存在明顯缺點，即起動過程中出現(xiàn)二次沖擊電流。由于傳統(tǒng)的減壓起動方式技術

49、落后，國家已明令淘汰。軟啟動與傳統(tǒng)減壓起動方式的不同之處是： 1無沖擊電流。軟啟動器在起動電機時，通過逐漸增大晶閘管導通角，使電機起動電流從零線性上升至設定值。對電機無沖擊，提高了供電可靠性，平穩(wěn)起動，減少對負載機械的沖擊轉矩，延長機器使用壽命。 2有軟停車功能，即平滑減速，逐漸停機，它可以克服瞬間斷電停機的弊病，減輕對重載機械的沖擊。 3起動參數(shù)可調，根據負載情況及電網繼電保護特性選擇，可自由地無級調整至最正確的起動電流。 單片機的簡單介紹單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時

50、器/計時器等功能可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。 單片機的介紹單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器Microcontroller Unit，常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器開展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的開展便分道揚鑣。早期的單片機都是8位或4

51、位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上開展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大開展，單片機技術得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經超過300MHz，性能直追90年代中期

52、的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端1的型號也只有10美元。當代單片機系統(tǒng)已經不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和 核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。 、 、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機

53、，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質量輕、價格廉價、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最正確選擇。單片機內部也用和電腦功能類似的模塊，比方CPU，內存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低

54、的，一般不超過10元即可.用它來做一些控制電器一類不是很復雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動滾筒洗衣機、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！.它主要是作為控制局部的核心部件。它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的本錢，這也是和離線式計算機的比方家用PC的主要區(qū)別。 b7b3de280cb4a5c o 查看圖片 t _blank 圖2.7 單片機芯片F(xiàn)igure 2.7 single-chip microcomputer chip單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序實現(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要

55、費很大力氣才能做到的，有些那么是花大力氣也很難做到的。一個不是很復雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！由于單片機對本錢是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經到達了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設備。

56、一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會到達幾十K的尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。 單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的?？梢哉f，二十世紀跨越了三個“電的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機亦稱微控制器。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一

57、片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。各種產品一旦用上了單片機，就能起到使產品升級換代的成效，常在產品名稱前冠以形容詞“智能型，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產品，不是電路太復雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。單片機的硬件特性1、單片機集成度高。單片機包括CPU、4KB容量的ROM8031 無、

58、128 B容量的RAM、 2個16位定時/計數(shù)器、4個8位并行口、全雙工串口行口。 2、系統(tǒng)結構簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化; 3、單片機可靠性高，可工作到106 107小時無故障; 4、處理功能強，速度快。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是

59、一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。所以我們選擇AT89C51單片機。AT89C51的主要特征：1與MCS-51 兼容24K字節(jié)可編程閃爍存儲器3壽命：1000寫/擦循環(huán)4數(shù)據保存時間：10年5全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz6三級程序存儲器鎖定7128*8位內部RAM832可編程I/O線9兩個16位定時器/計數(shù)器105個中斷源11可編程串行通道12低功耗的閑置和掉電模式13片內振蕩器和時鐘電路14AT89C51管腳說明：15VCC：供電電壓。16GND：接地。1.P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，

60、被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據存儲器，它可以被定義為數(shù)據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。2.P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。3.P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作