三相異步電機(jī)軟啟動(dòng)器PPT

論文題目：交流電機(jī)軟起動(dòng)器設(shè)計(jì)答辯人：XXX指導(dǎo)老師：XXX2012年6月交流電機(jī)軟起動(dòng)器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：1．了解交流異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的現(xiàn)狀與發(fā)展；2.掌握交流異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的特點(diǎn)、基本工作原理和典型構(gòu)成；3.構(gòu)建一套以PLC、DSP或單片機(jī)為控制核心的軟起動(dòng)控制系統(tǒng)；畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：交流異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的技術(shù)現(xiàn)狀與研究方向；交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)特性及軟起動(dòng)器原理；軟起動(dòng)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)；軟起動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想和關(guān)鍵程序的說明；課題研究的背景：電動(dòng)機(jī)是重要的動(dòng)力裝置，已被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸國防軍事設(shè)施以及日常生活中。交流電機(jī)作為重要的動(dòng)力裝置，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格便宜、維護(hù)方便的特點(diǎn)，在日常生產(chǎn)中更是有著廣泛的應(yīng)用。交流異步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)相比存在許多優(yōu)點(diǎn)，但異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中又有許多弊病。如果在不采用任何起動(dòng)裝置的情況下，直接加額定電壓到定子繞組起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)電流可達(dá)額定電流的4~8倍，其轉(zhuǎn)速也會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)由零上升到額定轉(zhuǎn)速。同時(shí)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩沖擊較大，一般可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的兩倍以上。起動(dòng)時(shí)過高的電流不但會(huì)造成嚴(yán)重的電網(wǎng)沖擊，給電網(wǎng)造成過大的電壓降落，降低電網(wǎng)電能質(zhì)量，而且會(huì)影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行；過大的轉(zhuǎn)矩沖擊又將造成機(jī)械應(yīng)力沖擊，影響電動(dòng)機(jī)本身及其拖動(dòng)設(shè)備的使用壽命。課題研究的目的及意義

電動(dòng)機(jī)是許多工業(yè)企業(yè)的主要用電設(shè)備，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國電機(jī)所耗電能占整個(gè)工業(yè)用電的60%~68%，電機(jī)采用軟起動(dòng)器起動(dòng)，能夠降低電力損耗，達(dá)到節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。異步電機(jī)是感性負(fù)載，在運(yùn)行中，定子線圈繞組中的電流滯后于電壓。軟起動(dòng)器能實(shí)現(xiàn)通過降低電機(jī)端電壓，提高功率因數(shù)，減少電機(jī)的銅耗、鐵耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

軟起動(dòng)器還能在電機(jī)起動(dòng)過程中，通過對(duì)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的檢測(cè)，判斷電機(jī)是否工作在超載、缺相、過熱狀態(tài)，并做出相應(yīng)的保護(hù)措施，保障電機(jī)的安全運(yùn)行。軟起動(dòng)器不但能解決電機(jī)運(yùn)行中實(shí)際問題，而且還可以降低能耗，提高設(shè)備利用率，減少設(shè)備投資和維修費(fèi)用，延長設(shè)備使用壽命。幾種傳統(tǒng)的起動(dòng)方法傳統(tǒng)的起動(dòng)方法直接起動(dòng)降壓起動(dòng)簡(jiǎn)便，電流大，只允許在小容量電動(dòng)機(jī)中使用。定子串電抗起動(dòng)星三角轉(zhuǎn)換起動(dòng)自耦變壓器起動(dòng)簡(jiǎn)單，二次電流沖擊、故障率高轉(zhuǎn)矩減小，用于輕載多種負(fù)載，笨重、價(jià)格貴電流減小，轉(zhuǎn)矩也減小軟起動(dòng)器特點(diǎn)(1)

電力半導(dǎo)體開關(guān)是無電弧開關(guān)和電流連續(xù)的調(diào)節(jié)，所以軟起動(dòng)器是無級(jí)調(diào)節(jié)的，能夠連續(xù)穩(wěn)定調(diào)節(jié)電機(jī)的起動(dòng)，而傳統(tǒng)起動(dòng)方式的調(diào)節(jié)是分檔的，即屬于有級(jí)調(diào)節(jié)范圍。(2)

沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流小。軟起動(dòng)器在起動(dòng)電機(jī)時(shí)，是通過逐漸增大晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)起動(dòng)電流限制在設(shè)定值以內(nèi)，因而沖擊電流小，也可控制轉(zhuǎn)矩平滑上升，保護(hù)傳動(dòng)機(jī)械、設(shè)備和人員的安全。(3)

軟起動(dòng)器可以引入電流閉環(huán)控制，使電機(jī)在起動(dòng)過程中保持恒流，確保電機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)。(4)

根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由地?zé)o級(jí)調(diào)整至最佳的起動(dòng)電流，節(jié)省電能。(5)

由于采用微機(jī)控制，可在起動(dòng)前對(duì)主回路進(jìn)行故障診斷，且數(shù)字化的控制具有較穩(wěn)定的靜態(tài)特性，不易受溫度、電源電壓及時(shí)間變化等因素的影響，因此提高了系統(tǒng)的可靠性，有助于系統(tǒng)維護(hù)。同時(shí)，軟起動(dòng)器還能實(shí)現(xiàn)直接計(jì)算機(jī)通訊控制，為自動(dòng)化控制打下良好的基礎(chǔ)。軟起動(dòng)器的原理晶閘管三相交流調(diào)壓原理三相交流調(diào)壓電路采用三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管(或雙向晶閘管)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電正負(fù)半周的對(duì)稱控制，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出交流電壓的目的。晶閘管三相交流調(diào)壓電路的控制方式有通斷控制和相位控制兩種，雖然相位控制的輸出電壓波形不是正弦波，并且含有豐富的奇次諧波，在異步電動(dòng)機(jī)中會(huì)引起附加的諧波損耗，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等缺點(diǎn)，但是相位控制由于方法簡(jiǎn)單并且能夠連續(xù)地調(diào)節(jié)輸出電壓而被廣泛應(yīng)用。根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路的結(jié)構(gòu)具有多種形式，例如星形聯(lián)結(jié)、線路控制三角形聯(lián)結(jié)、支路控制三角形聯(lián)結(jié)和中點(diǎn)控制三角形聯(lián)結(jié)等。軟起動(dòng)器的工作原理軟起動(dòng)器采用晶閘管三相交流調(diào)壓電路的星形聯(lián)結(jié)方式，即采用三組反并聯(lián)的晶閘管串接于三相電源與電動(dòng)機(jī)的定子回路上，利用晶閘管移相控制原理，同過微控制器的控制來改變晶閘管的導(dǎo)通程度，從而使電動(dòng)機(jī)的輸入電壓按照預(yù)定的規(guī)律變化。軟起動(dòng)器主電路如圖所示軟起動(dòng)器的起動(dòng)方式（1）斜坡升壓軟起動(dòng)。這種起動(dòng)方式最簡(jiǎn)單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角，使之與時(shí)間成一定函數(shù)關(guān)系增加。其缺點(diǎn)是，由于不限流，在電機(jī)起動(dòng)過程中，有時(shí)要產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對(duì)電網(wǎng)影響較大，實(shí)際很少應(yīng)用。（2）斜坡恒流軟起動(dòng)。這種起動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的初始階段起動(dòng)電流逐漸增加，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定（t1至t2階段），直至起動(dòng)完畢。起動(dòng)過程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)時(shí)間短。該起動(dòng)方式是應(yīng)用最多的起動(dòng)方式，尤其適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的起動(dòng)。

軟起動(dòng)器的起動(dòng)方式

（3）階躍起動(dòng)。開機(jī)，即以最短時(shí)間，使起動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值，即為階躍起動(dòng)。通過調(diào)節(jié)起動(dòng)電流設(shè)定值，可以達(dá)到快速起動(dòng)效果。

（4）脈沖沖擊起動(dòng)。在起動(dòng)開始階段，讓晶閘管在極短時(shí)間內(nèi)，以較大電流導(dǎo)通一段時(shí)間后回落，再按原設(shè)定值線性上升，連入恒流起動(dòng)。該起動(dòng)方法，在一般負(fù)載中較少應(yīng)用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合。軟起動(dòng)器介紹軟起動(dòng)：電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)是通過采用降壓、補(bǔ)償或變頻等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)及機(jī)械負(fù)載的平滑起動(dòng)，減少起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響程度，使電網(wǎng)和機(jī)械系統(tǒng)得以保護(hù)?？蓪?shí)現(xiàn)保護(hù)功能：

(1)過載保護(hù)功能：軟起動(dòng)器引進(jìn)了電流控制環(huán)，因而隨時(shí)跟蹤檢測(cè)電機(jī)電流的變化狀況。通過增加過載電流的設(shè)定和反時(shí)限控制模式，實(shí)現(xiàn)了過載保護(hù)功能，使電機(jī)過載時(shí)，關(guān)斷晶閘管并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。(2)缺相保護(hù)功能：工作時(shí)，軟起動(dòng)器隨時(shí)檢測(cè)三相線電流的變化，一旦發(fā)生斷流，即可作出缺相保護(hù)反應(yīng)。(3)過熱保護(hù)功能：通過軟起動(dòng)器內(nèi)部熱繼電器檢測(cè)晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動(dòng)關(guān)斷晶閘管，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

軟起動(dòng)器設(shè)計(jì)軟起動(dòng)器硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路可分為主電路和控制電路，控制電路以高性能的AVR單片機(jī)作為核心，集成有檢測(cè)電路、同步電路、脈沖觸發(fā)電路、電源電路、鍵盤和LCD人機(jī)交互等外圍電路。該設(shè)計(jì)以最少的器件實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)器的實(shí)用功能，可內(nèi)置旁路接觸器，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低成本高性能1主回路電路設(shè)計(jì)根據(jù)軟起動(dòng)器的工作原理，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主回路如圖所示，這種設(shè)計(jì)方案由于各相波形對(duì)稱，輸出的電壓不含偶次諧波，諧波比較少，故功率可以做的較大，調(diào)速性能也比較優(yōu)越。晶閘管參數(shù)選擇

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，過電壓保護(hù)采用RC阻容吸收回路。在每一個(gè)晶閘管的兩端都并聯(lián)上RC阻容吸收回路，利用電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制過電壓；串聯(lián)電阻能消耗部分過電壓能量，同時(shí)能抑制L-C回路的振蕩。

由于晶閘管工作時(shí)可能會(huì)遭受到一些意想不到的瞬時(shí)過電壓，為了確保管子安全運(yùn)行，在選用晶閘管時(shí)應(yīng)使其額定電壓為正常工作電壓峰值的2到3倍。雙向晶閘管的額定電壓UR為：

額定電流為：起動(dòng)電流可以高達(dá)額定電流的4到7倍：系統(tǒng)最后選擇了上海椿樹整流器有限公司的MTC160A/1600V型號(hào)的晶閘管，其額定電壓為1600V，額定電流為160A，能滿足系統(tǒng)的要求。芯片的選擇

控制芯片是一個(gè)系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)信號(hào)的采集、數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯判斷及輸出控制信號(hào)等功能，并控制系統(tǒng)中的各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作。綜合考慮I/O點(diǎn)數(shù)、內(nèi)部資源、運(yùn)算速度及價(jià)格等因素，本設(shè)計(jì)選用ATMEL公司研發(fā)的AVRATmega128單片機(jī)。

AVRATmega128單片機(jī)是一款增強(qiáng)型、低功耗、內(nèi)置Flash的精簡(jiǎn)指令集RISC的8位微控制器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2所示。其I/O結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使外部電子元件數(shù)量可以達(dá)到最小化，豐富的內(nèi)部資源使電路設(shè)計(jì)變得很簡(jiǎn)單。它采用了具有獨(dú)立數(shù)據(jù)總線和哈佛結(jié)構(gòu)，擁有只需2個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器，采用流水操作，從而提高了指令執(zhí)行效率。AVRATmegal28單片機(jī)具有如下的特點(diǎn)：(1)具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu):共有133條指令且大部分指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，因此具有高達(dá)IMIPS/MHz的數(shù)據(jù)吞吐率，即工作于16MHz時(shí)的速度為16MIPS。(2)具有非易失性的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash存儲(chǔ)器；4K字節(jié)的EEPROM；4K字節(jié)的SRAM；多達(dá)64K字節(jié)優(yōu)化的外部存儲(chǔ)器空間。(3)JTAG界面：支持在線仿真調(diào)試；支持對(duì)Flash、EEPROM、芯片熔絲位和保密鎖定位的編程。(4)內(nèi)置于單片機(jī)的外設(shè)有2個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、2路8位PWM、8路10位ADC、2個(gè)可編程的USART串口、SPI串行界面、具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器、片內(nèi)模擬比較器和輸出比較調(diào)節(jié)器等。(5)特殊的處理器特點(diǎn)：上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)；片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC振蕩器；片內(nèi)/片外中斷源：6種睡眠模式；可以通過軟件進(jìn)行選擇的時(shí)鐘頻率；具有全局上拉禁止功能等。總結(jié)構(gòu)框圖同步檢測(cè)電壓檢測(cè)電流檢測(cè)晶閘管觸發(fā)接觸器控制上位機(jī)控制AVR單片機(jī)軟起動(dòng)器軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)同步中斷子程序流程圖正相序時(shí)晶閘管脈沖觸發(fā)子程序