基于AT89C51單片機的電機軟啟動器設計畢業(yè)論文.doc

目錄1緒論.12電動機軟啟動的設計原理.12.1基礎理論.12.2晶閘管.22.3啟動的工作原理.23模糊控制器設計.33.1模糊控制思路.33.2語言變量、語言值和論域的選擇.43.3語言變量和的賦值表的建立.43.4建立模糊控制規(guī)律表.63.5模糊條件推理.73.6量化因子KE,KEC和比例因子KU的確定.73.7提高穩(wěn)態(tài)精度并考慮克服顫振.94硬件電路的設計說明.94.1硬件系統(tǒng)結構示意圖.94.2硬件系統(tǒng)軟啟動電氣原理圖.104.3硬件系統(tǒng)電路框圖.114.4可靠性及采取的相關措施.125軟件設計.錯誤!未定義書簽。5.1模糊控制的編程思路.錯誤!未定義書簽。5.2主程序.135.3初始化程序.145.4子程序.錯誤!未定義書簽。5.5中斷程序.156結束語.15謝辭.15參考文獻.1611緒論在現(xiàn)代工業(yè)設備中，三相異步電動機具有結構簡單、運行可靠、價格低廉、維修方便、壽命長等優(yōu)點，因此它在工業(yè)生產(chǎn)中應用極為廣泛。但是異步電動機在啟動過程中，瞬時電流沖擊大，通常是額定電流的47倍，而且啟動轉(zhuǎn)矩小，啟動轉(zhuǎn)矩沖擊也很大。這將對電動機本身、拖動設備和電源設備的使用壽命有很大的影響，同時對電網(wǎng)電壓也會造成很大的沖擊，影響同一電網(wǎng)其他電氣設備正常運行。在大、中功率異步電動機的啟動過程中必須限制啟動電流。隨著工廠生產(chǎn)規(guī)模的擴大和自動化程度的提高，交流電機應用越來越廣泛。傳統(tǒng)啟動異步電動機的方法很多，啟動電流雖然得到限制，但仍然有電流沖擊。由于異步電動機具有參數(shù)時變、嚴重非線性特性、強耦合性等不確定因素，采用傳統(tǒng)PID閉環(huán)控制解決異步電動機在啟動過程中電流沖擊，存在如下問題：（1）異步電動機啟動過程中的閉環(huán)控制是非線性時變系統(tǒng)；（2）PID控制要求建立精確的數(shù)學模型，由于被控對象的數(shù)學模型不清楚，現(xiàn)有的數(shù)學模型也不易于過程實現(xiàn)，難以建立精確的數(shù)學模型；（3）PID參數(shù)的調(diào)整也將是很困難的事。由于模糊控制主要是模仿人的控制經(jīng)驗而不是依賴于控制對象數(shù)學模型，因此模糊控制能近似的反映人的控制行為，無需建立控制對象的精確數(shù)學模型。本設計的軟啟動器，運用模糊控制原理，設計模糊控制器，通過軟件編程適時改變雙向晶閘管的導通角，控制電機端電壓，減小啟動電流，實現(xiàn)適當提高啟動轉(zhuǎn)矩和啟動過程電流沖擊小的軟啟動過程1。2電動機軟啟動的設計原理2.1基礎理論輕載運行降壓可減小電動機的損耗,異步電動機的損耗P可用下式表示：P=Pcu1+Pcu2+PFe+Ps+Pm式中：Pcu1、Pcu2-定子和轉(zhuǎn)子銅耗；Ps-雜散損耗；PFe-鐵耗Pm-機械損耗；當電機輕載時，輸出功率減少，同時轉(zhuǎn)子銅損Pcu2隨之降低；但PFe、Pm基本不變。由于勵磁電流保持不變，定子銅損Pcu1降低并不明顯，因此電機效率和功率因數(shù)有較大幅度的降低。如果在輕載時能適當降低輸入電壓（因電機鐵耗PFe與電壓平方成正比，勵磁電流也因磁通的減少而下降，使Pcu1減少，從而降低了總損耗p），使效率和功率因數(shù)得到電提高2。但應注意端電壓也不能過分降低，為了保持同樣的輕載轉(zhuǎn)矩，當電壓和磁通過份降低時，轉(zhuǎn)子電流必然回升，這時，Pcu1的降低程度就減少，甚至還會引起它們增大；此外過份降低電壓有可能使電機帶不動負載而產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)故障。22.2晶閘管晶閘管是在半導體二極管三極管之后發(fā)現(xiàn)的一種新型的大功率半導體器件，它是一種可控制的硅整流元件，亦稱可控硅。工業(yè)上常用的異步電動機都是三相的，因此晶閘管交流調(diào)壓電路大都采用三相交流調(diào)壓電路。將三對反并聯(lián)的晶閘管（或三個雙向晶閘管）分別接至三相負載就構成了一個典型的三相交流調(diào)壓電路。負載可以是形連接，也可以是Y形連接。通過雙向晶閘管相位控制以實現(xiàn)降壓節(jié)能。晶閘管的導通角大小是通過檢測電動機的電壓與電流之間位移角亦可近似當作功率因數(shù)角去實現(xiàn)的。當負載較大時其負載電流滯后于電壓的位移角即功率因數(shù)角就小，也就是功率因數(shù)高。同樣當負載較小時其負載電流滯后于電壓的位移角即功率因數(shù)角就大，也就是功率因數(shù)低。通過檢測上述功率因數(shù)角的變化去控制晶閘管的導通角，亦即使負載大時導通角大，電動機的工作電壓高。反之負載小電動機的工作電壓就低3。2.3啟動的工作原理軟啟動器設計的基本原理是以不同的速率增加晶閘管的導通角，使電機端電壓漸增，這樣，既可以大大減小啟動電流，又不影響啟動轉(zhuǎn)矩。啟動電流、電壓根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩變化連續(xù)可調(diào)，此處采用的技術為啟動開始后逐漸升壓，啟動電流平穩(wěn)地增加，然后進入恒流軟啟動。這里采用了大功率晶閘管，而且使電機啟動時的啟動電流可根據(jù)工況的需要而預先設定并連續(xù)可調(diào)，并使電機在啟動電流始終維持在所設定的電流值，避免了啟動沖擊電流。由圖1可見，全電壓直接啟動的啟動電流為額定值的6倍。該電流在電動機圖1幾種啟動方式的比較全壓啟動自耦降壓啟動恒流軟啟動3接近50%轉(zhuǎn)速前幾乎不變，這樣大的啟動沖擊電流會給電網(wǎng)帶來不良影響（如當配電網(wǎng)容量不足或缺少足夠調(diào)節(jié)能力時，大功率電動機啟動會引起嚴重的線路壓降）。同時我們還知道，在一般自耦變壓器降壓起動時（主要在起動過程即結束時），會有二次沖擊電流，該沖擊電流當然也同樣會給配電系統(tǒng)帶來不良影響。但恒流軟啟動則可根據(jù)工況的需要將啟動電流設定在所需要的電流值上，啟動時該電流基本恒定4。但在一些工況中我們發(fā)現(xiàn)有些設備要求啟動力矩很大（如攪拌機，皮帶輸機等重載啟動），因此以后還需派生階躍恒流軟啟動和脈沖恒流軟啟動系列，如圖2所示，這樣就可較好地解決了該節(jié)電控制器可適用各種工況的要求。階躍恒流軟啟動脈沖恒流軟啟動圖2兩種特殊啟動方式3模糊控制器設計3.1模糊控制思路模糊控制系統(tǒng)是一種自動控制系統(tǒng)，它以模糊數(shù)學、模糊語言形式的知識表示和模糊邏輯的規(guī)則推理為理論基礎，采用計算機控制技術構成的一種具有反饋通道的閉環(huán)控制結構的數(shù)字控制系統(tǒng)。它的組成核心是具有智能性的模糊控制器，這也就是它與其他自動控制系統(tǒng)的不同之處，模糊控制系統(tǒng)也是一種智能控制系統(tǒng)。模糊控制技術是一種由模糊數(shù)學、計算機科學、人工智能、知識工程等多門學科領域相互滲透，理論性很強的科學技術，實現(xiàn)這種模糊控制技術的理論，即稱為“模糊控制理論”。因此模糊控制系統(tǒng)組成由單片機、模糊控制器、輸入/輸出接口、執(zhí)行機構