电动机软起动器软件设计

苏州大学文正学院本科生毕业设计（论文）本科毕业设计（论文）题目电动机软启动器软件设计系科机电工程系年级12级专业电气工程与自动化学号1217413037姓名李明睿指导教师张柏生职称讲师提交时间2016年5月苏州大学文正学院本科生毕业设计（论文）目录摘要.......................................................................................................................1Abstract................................................................................................................1引言.......................................................................................................................2第一章电路设计..................................................................................................3第1.1节软启动器的主工作电路.................................................................3第1.2节晶闸管调压电路的设计.................................................................3第二章工作方式..................................................................................................5第2.1节软起动器的工作原理.....................................................................5第2.2节软起动器的主要启动方式.............................................................6第2.3节运行方式........................................................................................6第2.4节停车方式........................................................................................7第三章软启动器的设计......................................................................................8第3.1节软起动器的控制方式的设计.........................................................8第3.2节功能模块的程序框图...................................................................10总结.....................................................................................................................16参考文献.............................................................................................................17致谢.....................................................................................................................18附录.....................................................................................................................19苏州大学文正学院本科生毕业设计（论文）1摘要本篇论文设计了电动机软起动器的主回路电路，通过控制双向反并联晶闸管的触发角调节电动机的输入电压，使起动电流得到降低，实现平缓的起动。并且提出利用电流同步信号控制方法，使起动过程更加稳定可靠。该起动器能够很好地控制电动机的起动，并且参数调整灵活、抗干扰性强及系统稳定性好。关键词：软起动器；单片机；晶闸管；触发角AbstractThisessaydescribeonewaytoactualizemotorsoft-starter.MotorwasstartedupsmoothlybyACvoltageregulatinginstartupprocedure.Thesynchronouscurrentcontrolmethod,whichcanmakethestartupnormally,wasdescribedindetails.Thedesignedstarterhasmeritsofsimplestructure,easilyadjusting,andstrongabilityinanti-jammingandstabilization.Thestartercaneffectivelycontrolthestartingofthemotor,andflexibleparameteradjustment,stronganti-jammingandsystemstabilityisgood.Keywords:soft-starter;singlechipcomputer;thyristor;triggerangle苏州大学文正学院本科生毕业设计（论文）2引言在工业生产制造的过程中，电动机直接起动会产生很大的起动电流，非常不利于安全生产，并且在电机容量越大情况越严重。为了改善这种问题，必须使用启动辅助装置。以前常用的电动机起动辅助方法分为定子串电抗（电阻）起动、星-三角形启动器、磁控式启动器、延边三角形起动等。然而，这些启动辅助装置都不完美，存在很多缺陷，例如体积巨大不便于存放，启动电流、冲击机械太大难以控制，完全由电动机特性和负载状况决定，不可调节。当今时代，随着现在科学技术飞速发展，工业技术迈入4.0时代，电力电子技术也日益精进，出现了很多新型装置，如晶闸管电动机软启动器，新型软启动器相较于老式软启动器做了诸多创新。晶闸管电动机软启动器又叫做可控硅电动机软启动器，集软启动、软停车、轻载节能等多种功能于一体，适用于各种负载，应用非常之广泛。该种软启动器不仅完美解决了老式电动机启动装置上的多种复杂问题，并且还能依据不同的使用场景与负载状况量身定制其工作状态，适应性与稳定性得到了极大的提升。目前，智能控制技术应用越来越广泛，现代晶闸管电动机软启动器通常由单片微型计算机控制，在工业生产中的运行情况非常好，正在得到越来越广泛的应用。苏州大学文正学院本科生毕业设计（论文）3第一章电路设计第1.1节软启动器的主工作电路软起动器的主工作电路如图1.1所示，它由三个晶闸管以及一个电动机组成一个调压调速电路，串接于电源与被控电机之间。晶闸管在电路中扮演重要的角色，由单片机发出指令，控制晶闸管的导通角大小，从而调节系统输出到电动机定子上的电压和电流大小。当发出开机指令时，晶闸管的导通角从0°开始上升，慢慢增大。为了保证系统起动成功，电机的端电压也从0开始上升，直至达到一定值。若要实现其他功能，我们需要更改各项参数，使被控电机的输入电压能够适应新的条件。第1.2节晶闸管调压电路的设计双向反并联晶闸管的有如下特点:（1）双向反并联晶闸管，其中一个承受来自电源的正向电压，而另一个则承受反向电压，与二极管电路类似，即一个导通一个关断。（2）根据（1）中晶闸管导通特性，正向电压和触发信号两个条件同时满足时，处于关断状态的晶闸管便会导通。如图2.2所示为晶闸管调压电路的主电路图。晶闸管以反向并联方式串入三相交流电路中，这种特殊的连接方法是为了搭建电力电子开关，取代电路原来的机械开关，起开关电路的作用。和机械开关相比，电力电子开关具有响应速度快、产生的噪音小、不产生触点、耐久度强等特点，可频繁控制电路通断，无须担心老式机械开关失灵问题。在整个电路设计中，每两相间特别加入阻容电路，形成RC滤波电路，这样可以充分吸收电网电压的瞬间变化，抑制谐波，避免谐波对电动机工作产生危害。同时，与交流电动机连接时也加入了RC滤波电路，同样是为了防止电动机工作产生多余的谐波冲击，损伤设备，实现保护晶闸管的作用。1.2图1.1软启动器的主工作电路苏州大学文正学院本科生毕业设计（论文）4第1.3节三相调压电路如图1.3所示，由3个不同的反向并联的二极管，电阻及电感组成了一个三相全波Y型连接的调压电路，要使该电路导通，因为电路中缺少中线，所以至少要两相通路。必须满足以下条件才可以确保电路接通：1．为了能够确保电路导通，三相电路中要有不少于一相的二极管正向导通，同时，与之不同的另一相中的二极管要反向导通，才能满足电路导通的条件。2.两个二极管要同时导通必须使用大于60度的宽脉冲或双窄脉冲的触发角，要满足感性负载和系统控制较大时，才可以保证不同相的正、反向二极管导通。3.为了满足输出电压的对称，同时预留一些调节的阈值，而且二极管的触发信号必须和交流电源的相次序一致，同时，每个不同的信号必须和其他的相位关系保持一致。如下图所示，三项电路中的正向二极管之间相差三分之一的周期，同时，反向二极管的触发信号的相位也和正向的保持一致。但是，在三相中的同一相位中，两个相互并联的相反向的二极管的触发脉冲相位也应相差一个周期的相位。图1.3三相全波Y连接的调压电路苏州大学文正学院本科生毕业设计（论文）5第二章工作方式第2.1节软起动器的工作原理为了减少电动机直接启动对设备造成的伤害，利用晶闸管软启动器实现电动机的软起动。下图展示了CR2智能型电动机软起动器的主电路及控制单元典型接线图，三相反并联晶闸管串接于电源和被控电动机之间，利用一系列电力电子技术，比如晶闸管的电子开关特性、导通角对输出电压的影响等，通过单片微型计算机来控制其触发角的大小，进而改变输出到前端的三相电压。我们知道，异步电动机在定子调压下其转矩的计算，我们可以认为它近似与定子电压的平方成正比。当启动电动机时，晶闸管的导通角从0°开始上升并逐渐加大，晶闸管所输出的电压也逐渐增加，电路逐渐完全通电，电动机启动，慢慢加速，直到以额定转速运转，此时晶闸管全导通。电动机的各项参数可以灵活调节，从而实现保护设备的目的。2.1苏州大学文正学院本科生毕业设计（论文）6第2.2节软起动器的主要启动方式（1）电压斜坡控制方式。这是一种开环控制方式，也是软启动技术发展史上最一开始的启动方式。使用者自定义启动时间，软起动器的输出电压由一个预先设定好的曲线变化，起斜率由斜坡上升时间决定。电压斜坡启动方式由于是开环控制，其启动效果受负载与电源影响比较大，难以一次性得到预期的启动状态，需要多次实践，反复调节才能比较适合系统。（2）电流限幅控制方式。在此系统中，特别增加了闭环电流调节环节，使电动机的起动电流最大值不超过预先设定的限流值（限流倍数可根据需要设定）。电动机起动过程中，电流上升的速度可根据负载类型调整设定。该方式适用于风机、泵类等负载。电流限幅启动方式对恒转矩负载适应良好，可