电机软启动控制系统设计.docx

目 录1概述 211探讨的背景和意义 21.2传统启动方式的介绍 213软启动的技术发展和现状 32. 方案论证 42.1软启动方式 42.2晶闸管调压原理 53系统设计 931系统设计框图 93.2主电路和限制电路 1033单片机的选择 113.4电源电路 1134检测电路 123.5触发电路 1536旁路电路 163.7键盘和显示 1838通信设计 194系统软件设计 2041系统软件设计主流程图 2042系统初始化程序设计 214.3模拟信号采集及处理程序 2244晶闸管脉冲信号子程序 224.5软启动子程序设计 2346故障处理子程序设计 244.8通信串口子程序 2549按键和显示子程序 25结论 27致谢 28参考文献 29附录A主电路和限制电路 31附录B限制电路接线图 32附录C原件清单 341概述电机是工农业和交通运输行业中重要设备，应用的行业特别广泛电机作为重要的动力装置，因其结构简洁、体积可大可小、价格便宜、维护便利、易于制造的特点，所以电机广泛的应用于日常生活中和工业生产中在沟通电机的启动限制上，常用的启动方式有：全压干脆启动和降压启动.干脆启动是传统的启动方式,应用很广泛,但干脆启动有很多弊端.近年来得益于变频技术和软启动技术的应用，变频启动和软启动的降压启动方式广泛应用于电机启动过程中，从根本上解决了电机启动电流过大的难题，造成对电网冲击的影响。

特殊软启动技术在解决中、大容量的电机启动问题有着卓越的作用,这将是替代干脆启动的趋势1.1探讨的背景和意义电机在国民经济和工业生产中启着特别重要的作用，若干脆启动电机,电机的电流可达额定电流的4～7倍，这样启对电机和电网电压及其他设备都会造成很大的影响由此提出了“软启动”的概念，现在主要有限流软启动、电压斜坡启动，变频启动等几种软启动.软启动是一种近年来发展特别迅猛的电机启动新技术，采纳串联晶闸管在主回路电路中，来调启动转矩和启动电流,对爱护传动系统不受磨损、维护电网质量稳定等方面有突出的作用，是一种志向的软启动方式随着电力电子技术的飞速发展和广泛运用，使得无电弧开关和连续调整电流技术的成熟运用.半导体器件开关具有无磨损、功耗小、寿命长的特性，以及现代限制理论和电力电子技术的亲密结合，加之微机限制技术在工业生产中的广泛运用,为电机软启动的实现供应了全新的思路和解决方案，从而电机软启动技术得以快速的发展及广泛运用软启动技术具有传统启动方法无法比拟的优越性，软启动技术对电机启动的探讨具有重大意义软启动器是一种集软启动、软停车、轻载节能和多种爱护为一体的新型电机启停限制装置.它不仅使电机在启动（停车)阶段无冲击平滑启动(停止)，还能依据电机负载的需求来变更启动（停车）阶段的相关参数，如启动电压、启动时间、限流值等。

同时，它还具有爱护电机的功能，这从根本上解决了传统电机启动时的诸多问题1.2传统启动方式的介绍传统的电机启动方式有：干脆启动、串联电抗启动、星形—三角形(Y-Δ）启动、自耦变压器启动电机干脆启动时，启动电流是额定电流的4～7倍,对电网和传动系统稳定造成冲击，造成电网不平稳因为传统启动方式都同属于机械式启动方式,在电机启动过程中会产生二次冲击转矩和电流，从而影响系统的稳定性1.3软启动的技术发展和现状软启动是依据预先设定的限制模式进行降压启动的过程电机软启动的意义有：减小电动机的启动电流和缩短启动电流的冲击时间；减小了对电网的冲击；由于软启动技术实现了电机的软启动和软停车，所以减小了对传动系统和负载启动冲击能量，从而延长了传动设备和负载的运用寿命软启动器在电机启动时将启动电流限定在预设值内，从而使冲击电流减小，还可以通过限制软启动器使转矩平滑上升，爱护机械设备和传动设备，以及爱护工作人员的人身平安由于采纳微控技术，可以在电机启动前对主电路进行故障检查，数字化的限制具有较稳定的静态特性，不易受电压、温度以刚好间变更的影响，因而提高了系统的稳定性和牢靠性，从而使系统更易维护同时，软启动器还可以及计算机之间进行通信,这将为自动化限制和智能限制的实现供应完备的方案.以下是软启动的几大主要优点：（1）电机平滑启动，无冲击电流.电机软启动时，通过限制晶闹管的导通角，使电机的启动电压渐渐上升，电机启动电流限制在预设范围内。

电机转速平缓上升,削减对负载的冲击转矩，提高系统的稳定性，增大的电机及拖动设备的运用寿命.(2）有软停车功能是软启动的逆过程，使电机转速平缓降低，直到停止避开了瞬间断电停机对系统的冲击损害3)系统参数可调可以依据负载的需求，变更启动时间、启动电压、启动电流相关参数，使电机达到最佳的软启动效果4）智能爱护作用可以实现过压、过流、过载、相序混乱和缺相等爱护的功能，并发出报警,同时停止电机2方案论证21软启动方式目前有多种软启动器的限制方式,主要采纳电压斜坡启动、限流启动、转矩启动和变频启动等电压斜坡启动是依据电机的电压由小到大依据设定的斜率线性上升因为电机输出转矩及输入定子相电压平方成正比，若输入电压过低，电机输出转矩不足以克服启始转矩，从而使电机堵转，造成电机发热过快，可能烧毁电机.由于以上缘由,电机斜坡启动的初始电压不是从零起先的，而是从合适的初始电压起先的.其缺点是启动转矩小，转矩特性曲线呈抛物线型上升，不利于启动；且启动时间长故一般状况下采纳双斜坡启动，如图2—1所示.以适当高斜率的斜坡电压启动，能减小电机发热，增加转速提升率当电压增加到预定值时，电机达到肯定的转速，然后改用斜率较小的斜坡电压启动，直到电机电压达到额定电压，转速达到额定转速时，,然后切换到旁路电路中去,电机启动完成。

这种软启动方式削减了电机的额冲击电流电压斜坡启动的特征是启动电流相对较大，启动时间相对较长 2-1电压斜坡启动特性曲线 2-2限流启动特性曲线限流启动顾名思义,就是在电机启动时，对启动电流预设一个限流值主要用于轻载启动的负载的降压启动.如图2—2所示电机启动时，电压从零快速增大，直到电流达到限定值，并在不超过的状况下，缓慢增加电压，电机转速渐渐转快，直到启动完成限流启动的优点是启动电流小，且可依据需求来调整限流值.它的缺点是难以知道启动压降，启动时间相对较长，不能充分利用压降空间,损失启动转矩转矩限制启动是依据电机的启动转矩线性上升的规律限制输出电压其优点是启动平滑、柔性好、对拖动系统有利，同时削减对电网的冲击，使最优的重载启动方式其缺点就是启动时间较长.主要用于重载启动变频启动是采纳调整频率的方式使电机平稳启动，这样能减小启动电流，削减对电网的冲击,还可以对电机进行调速.其特点：（1)效率高，调速过程中没有附加损耗；（2）应用范围广，可用于笼型异步电动机;(3)调速范围大，特性硬，精度高;（4）技术困难,造价高，维护检修困难;（5）适用于精度高、调速性能较好场合。

但也存在一些缺点,如开关损耗较大，结构困难等.特殊是变频器的价格昂贵.以及变频启动多用于对电机启动要求很高工作环境和电机调速中.故一般状况下不采纳变频启动软启动限制的方式还有很多，一般是在上述几种软启动限制的基础上加以改进，如突跳软斜坡启动、突跳限流软启动、转矩加突跳软启动顾名思义，这三种都是在原来限制的基础上,加上肯定的跳动目前最常用的软启动方式是在主电路中串联晶闸管，来实现电机的软启动晶闸管主要启调整电压的作用，所以采纳电压斜坡启动2晶闸管调压原理由三组反向并联的晶闸管构成调压电路,RC构成爱护电路的软启动器如图2—3所示晶闸管调压电路分为相控调压和斩波调压.相控调压是通过加到晶闸管门极脉冲相位变更输出电压；而斩波调压是交替接通和关断几个周期内的电源电压，通过变更接通和关断的电源电压来变更输出电压的有效值但斩波调压通断交替的频率不能太低或者太高，因为频率太低会造成电机转速的抖动，每次接通电流都相当于电机的重新启动；频率太高，采纳整周斩波调压的限制方式会使调压不够平滑，所以本系统设计方案采纳相控调压技术.2-3晶闸管的调压原理2.3.1单相晶闸管输出电压分析为达到电机的平滑启动的目的，须要调整电机定子端输入电压按从小到大渐渐增大.通过调整三组反向并联晶闸管的触发角,就能达到该目的。

晶闸管调压获得的电压是非正弦的，但每相电压的正负半周是对称的.单相晶闸管导通电压波形如图2-4所示是晶闸管的触发角，是晶闸管的导通角，是负载的功率因素角（也叫晶闸管的续流角)图2-4晶闸管的导通波形由上图可知、、的关系: （2—1）输出电压有效值： （2—2）= （2-3）其中，为电源相电压的有效值由是式(2—3)可知，负载电压既是功率因素角的函数，也是触发角的函数在调压时,每一相负载上所得到的电压及电流波形在不同的时是不同的，随着触发角增大，负载电流不连续程度的增加，负载所得电压也随之而降低通过变更的值，就能变更晶闸管的输出电压，从而变更电机的输入电压为使电压依据渐渐上升的规律变更,可以通过单片机限制晶闸管的触发角来达到目的实现.对于固定的负载来说，功率因数角是常量，导通角仅及触发角有关，所以可以通过单片机变更晶闸管的触发角就可变更晶闸管的输出电压但在异步电机启动过程中，功率因素角是变量，随着转速的变更,功率因素角也在变更所以，在变更晶闸管的触发角的同时也要考虑功率因素角的变更，这样才能实现电机的输入电压依据预定的规律渐渐上升。

2.32三相晶闸管移相触发原理主电路采纳三组反向并联的晶闸管,采纳Y型接线法连接到三相电机上，如图2—3所示这种连接方式的简洁牢靠，产生的谐波也比较少，调压性能优越因为电路中没有中线，必需保证至少两相构成通路才能使负载电流流通，而且是一相正向导通，另一相反向导通所以要求触发电路能过产生双窄脉冲或者大于的宽脉冲，从而避开了<时，调压电路可能只有一个方向的晶闸管导通的状况六只晶闸管依据VT1~VT6的依次触发，其中VT1、VT3、VT5触发相位依次滞后,VT4、VT6、VT2触发相位又分别依次滞后于VT1、VT3、VT5触发相位这样就形成了VT1～VT6的触发相位依次滞后在本系统设计中，采纳双窄脉冲触发,在每个周期内对每个晶闸管触发两次间隔为的触发脉冲.22.3晶闸管的触发方式对于三相晶闸管调压电路，触发方式有三路触发和六路触发,每组的两个反向并联晶闸管共用一组触发脉冲,称为三路触发；6个晶闸管都各自有都有一组独立触发的触发脉冲，称为六路触发对于三路动身而言，虽然每个周期内有两个触发脉冲，但语气反向并联的晶闸管的触发脉冲出现在它的电压负半周期，因而不能导通,所哟每个周期内,每组晶闸管只有一个导通。

三路触发电路简洁,易于实现；六路触发方式可以削减晶闸管限制极的损耗，同时可避开正向（反向）脉冲对负向（正向)晶闸管的误触发，一般用于要求较高的触发电路中这里采纳三路触发方式4晶闸管的选型和爱护电路晶闸管是主电路中限制电机软启动的重要器件，正确的选择的晶闸管是整个系统正常运行的前提主要通过晶闸管的额定电流、电压、成本、耐用性等方面来考虑.在电机启动过程中存在着较大的过电压和过电流，这对晶闸管的损坏是很大的，所以选型时要对晶闸管的额定电压、额定电流留有肯定的裕量并且附加爱护电路一般状况下,晶闸管的额定电压选择电机正常工作的电压峰值的2～3倍,即： （2-4)其中为晶闸管额定电压,为电机额定电压三相异步电机启动电流是。