1设计内容异步电动机智能控制硬件设计

1.1调压节能方案

传统的直接起动是用闸刀开关或接触器把电动机的定子绕组直接接到额定电压的电网上。直接起动的优点是操作和起动设备最简单，缺点是起动电流很大。一般鼠笼式异步电动机直接起动电流是额定电流的6—7倍，严重情况下，可能达到十倍以上，启动转距倍数Tst/Tn=1~2。按国家标准GB755-65规定，三相感应电动机的最大转矩至少不低于1.6倍额定转矩，当电网电压降低15%时，仍有1.6*0.85TN=1.156TN，因此接在同一电网上的其他感应电动机不致停转。因此，直接起动通常只限于起动时，在电网中引起的电压降落不超过10--15%(对于经常起动的电机取10%，对于不经常起动的电动机取15%)的场合。同时，直接起动方法的应用还受到电网容量的。若电网容量不够大，则电动机的起动电流可能使电网电压显著下降，影响接在同一电网上的其他电动机和电气设备的正常工作。

为了解决这个问题(直接启动问题)，人们采用了各种降压起动技术，比较传统和应用较普遍的有自藕变压器降压起动、串电抗器起动和Y/△转换、延边三角形起动、电阻调节等等。其中自祸降压起动设备复杂，Y/△转换起动附加设备少，操作简便，但起动电流仍较大，只适合小型电机起动。延边三角形起动电流亦较大。采用这些起动方式起动时降低了加在定子绕组的电压，起到了一定的限流作用，但仍存着以下问题。

(1) 它们通常是靠接触器来切换电压以达到降压目的，所以无法从根本上解决起动 瞬时电流尖峰的冲击。

(2) 起动转矩不可调，起动中存在二次冲击电流，对负载产生冲击转矩，当电网电压下降时，可能造成电动机堵转。

(3)由于起动过程中，接触器是带载切换，因而容易造成接触器触点拉弧损坏。 为了使电动机能够转动起来，并很快达到额定转速正常工作，要求电动机具有足够大的起动转矩且起动电流不能太大。因此，总是希望在起动电流比较小的情况下，能获得较大的起动转矩。随着电力电子技术的发展，电力半导体开关使无电弧开关和连续调节电流成为可能，以上所提及的直接起动的缺点都可以得到解决。本文即研究这种基于电力电子器件和电力电子技术的起动方法。

1.2新型的电力电子起动方法

传统的降压起动方法能在一定程度上解决鼠笼式异步电动机的起动机电流 I较大的问题，但是由于传统的起动设备都是有切换触点的，控制不连续，这样难免在起动过程中给电动机造成冲击，且传统的方法起动电流仍较大。所以传统的起动方法仅适用于中小型电机的起动控制，而对于大功率的电动机来说，并不是理想的方案。近三十多年来，随着电力电子技术的发展，电力半导体开关使无电弧开关和连续调节电流成为可能。电力半导体器件的开关功能实际上是无磨损的，寿命长、功耗小。加之微机控制技术与电力电子技术的紧密结合，为电动机的起动节能提供了全新的思路，这样，就出现了采用电力半导体器件用于电动机起动控制的新型起动方式。

八十年代初一些欧美国家则成功研制了以微处理器控制大功率晶闸管组件的软起(制)动产品(也称Soft Starter)，它不仅解决了传统硬起动方法存在的问题，也克服了变频调带起动方法存在的不足，这种软起动器(调压式)主回路采用晶闸管三相交流调压电路(在功率较小时可采用三只双向晶闸管，而功率较大时用三对反并联的晶闸管即可)。利用晶闸管进行调压，其输出电压大小由晶闸管的导通角决定，而晶闸管的导通角又与其控制角有关。控制角越小，输出电压越大。因此，只需在电动机起动过程中通过控制晶闸管控制角的大小，可使电动机的机端电压和起动电流可根据工作要求设定的规律进行变化。这样，电动机的起动方式和起动电流均可任意调整和设置，使之处于最佳的起动过程。其实质是降压起动，与传统降压起动不同之处是无机械触点，起动电压和起动电流任意可调。因软起动可避免直接起动时6-7倍额定电流的冲击。

这两种软起动控制器具有以下特点和优越性。

1. 提高公用电网质量。由软起动装置成功地解决了传统起动设备在起动过程中产生尖峰电流冲击，电压瞬间降落等问题，势必明显改善电网质量，达到有效节省电能的目的。

2. 无触点。由于软起动装置使电机能按预先设定的起动方式和参数进行平滑加速起动，既能满足不同用户的起动需要，又能大大降低机械振动冲击，可延长电机和传动系统使寿命。

3. 统的起动方法相比，可用较小容量的变压器来起动相应的电动机，从而大大提

高用户电力变压器的利用率或减少电力增容的费用。根据经验，如采用自藕降压起动，必须配备2.5倍于被起动电机容量的变压器才能正常起动。软起动装置由于大大降低了起动电流，只需采用1.25倍被起动电机容量的变压器即可。

1.3设计目的

由于频繁正、反转，起、制动，电机整个系统的启动电流大，影响其它设备的正常运行，电机温度高，电机绝缘老化，缩短电机的寿命。同时，只使用有触点的继电器接触系统，继电器、接触器容易出故障，维修量大、寿命短、消耗电能经费昂贵。

采用双向硅无触点系统，成本低、维修量小、耐用性强，加之采用单片机控制灵敏，轻载降压实现节能，采用较强的保护措施，实现多功能。

1.4设计要求

1. 控制对象：三相异步电动机

2. 主要结构：主电路采用双向硅，继电接触器共同作用，采用8098单片机控制。 3. 主要技术要求：

①．

启动时，采用降压软启动（控制α角），启动电流I=1.25～2Ie,通过比例积分将给定和电流反反馈信号综合,比例积分时间常数可调,改变斜率,对应不同电流,电机选择不同的曲线、斜率和电流限副值。 ②． ③．

触发脉冲从单片机输出后，采用脉冲来防止失控，使电流开关变成电机能随时改变转向（改变触发脉冲顺序、改变相序）。改变相序整流。

进行电源反接时，自接到换相信号停止发脉冲（延时10s），保证正组可靠关断后，反向再开通，防止电源短路。 ④． ⑤． ⑥．

在轻载和空载运行时，能调压实现降压节能，寻找最低点为最佳调当电机负载在40%In及以上时，即进入全压运行，采用交流接触器保护！

对单片机输入、输出信号要进行光电隔离（强、弱电离）。 过流过载要保护（热继电器动作）。过流时若I>2.1Ie，关闭脉要有断相反相保护措施，防止单相运行。

事故要有声、光报警显示，事故类别通过显示器来观察。 要有给定。

压点。

全压供电，以减小双相晶闸管管压降损耗带来的晶闸管发热。 ⑴． ⑵． ⑶． ⑷． ⑸．

冲。

⑹． ⑺． ⑻．

对非频繁起动环节，此设备只作起动器，起动器可通过交流接主回路最大电流为34.1A，最大电压为380V，控制电机容量为输出口不够，可增加I/O接口

触器切换到交流电网上。 15KW

1.5国内外研究现状

电力电子软起动的出现是随着晶闸管的出现而发展起来的，最早采用晶闸管三相交流调压电路对电动机的软起动应用是在1970年由英国人发明的，由于采用这种方法可以获得很好的起动性能，所以曾引起人们广泛的注意。近二十多年来，国外对晶闸管三相交流调压电路进行了广泛的研究，在工业应用领域得到应用，在某些领域应用显示出独特的技术优势。如美国的AB公司生产315-2000kW的交流调压式电力电子软起动器，英国的CT公司，法国的TE公司，德国AEG公司及欧洲ABB公司等均推出了软起动器产品;德国的西门子公司推出一系列产品:SIRILJS 3RW30/31适用于55KW以下电机，SIKOSTART 3RW22适用于71 OKW以下电机，SIKOSTART 2RW34适用于1050KW以下电机。从软起动出现在世界(1970年)，就伴随着有能否实现节约能源问题。英国人曾在八十年代初就对不同控制原理的软起动产品做过对比试验，并得出在40%-50%的额定负载下，有明显的节能效果的结论，从而使得这种控制器在轻载情况下大大采用。

目前，国外对晶闸管三相交流调压电路的研究已从对通过控制电压控制电机电流的开环、闭环方式，发展到通过建立比较准确实用的数学模型，找到适于三相交流调压电路电机负载的控制方法，从而使三相交流调压电路电机负载性能更优。如将原变频调速中的矢量控制和磁场定向控制引入，创立软起动技术的转矩控制。

目前国内在软起动器方面也有研究，我国对其研究始于90年代，有一些大专院校对于此技术有一定研究，如浙江大学对此技术的节能控制策略的研究己进入实用化阶段;湖南开利科技股份有限公司己研制成功各种功率软起动控制器(基于交流调压方式)，该产品于一九九八通过国家机械工业部和湖南省机械工业局的鉴定，鉴定专家认为:“该产品达到了国外同类产品的先进水平。经查新，在国内处领先地位，填补了大功率(315Kw)软起动器空白。”此后连续获得国家科委、国家创新基金支持项目:五部委颁发国家级重点新产品称号;被国家经贸委确认国家级新产品:国家高新企业认定;中国石化设备资源市场成员厂:1999年通过英国摩迪公司IS09002质量体系认证。

以上对于软起动的研究都是基于晶闸管三相交流调压电路的研究，而对斩波式软起动技术的研究还处于起步阶段，国内外都无成功产品，大都停留在实验室阶段，因而该方法大有研究和应用前景