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1、 1摘摘 要要三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠和价格低廉等优点而被广泛应用。但是异步电动机存在启动电流大，对电网和电动机本身产生严重影响.起动电流会加速电动机的绝缘老化，大大降低电动机的使用寿命，导致大量的能量被消耗；大的电流还会给电网带来不良影响，使电网电压波动。因此控制三相异步电动机起动过程中过大的电流，具有较重要的经济价值。本课题正是基于此目的，对三相异步电动机软起动器进行研究。本文介绍了三相异步电动机软起动技术在国内外的发展状况及前景展望，对电动机的起动过程进行了理论分析，比较了常见的几种软起动方法的优劣，论述了三相异步电动机软起动器的几种常见运行方式的特点。其次，分析了三相感
2、应电动机固有的起动特性以及单相交流调压电路带电感性负载时的特点。在此基础上总结了晶闸管三相交流调压电路的工作状态以及在不同触发角情况下各种工作状态之间的转换关系。本文设计出了以 80C196KC 单片机为控制核心的软起动系统的硬件电路，包括主电路、触发驱动电路、同步信号电路、电流检测电路的分析与设计等；介绍了控制系统的软件设计，包括主程序、HIS.0 中断服务程序、HSO 中断服务程序、PI 算法子程序等；并给出部分软件模块的流程图。分析表明，软起动器能很好的消除电机起动中的电流冲击，达到了设计要求。论文最后对所做的工作进行了简单的总结与展望。关键词：三相异步电动机，软起动，调压电路，80C1
3、96KC 单片机。2AbstractThe three-phase asynchronous motors are nowadays widely used in all types of industry applications due to their simple construction, high reliability and low price. However, the direct start of asynchronous motor can generate much high current, which will contaminate the power grid
4、 and injure the motor. High starting current willaccelerate the motors aging process and lose lots of energy. The very high current will also affect the power network and make the power voltage fluctuant. Therefore, how to strict the starting current of three-phase asynchronous motors has very impor
5、tant economic value. The analysis on the soft starter of three-phase asynchronous motor is based on the purpose. The development and foreground of the soft start technique three-phase asynchronous motors is introduced in this paper. The theory of soft starting AC motors is deduced based on the analy
6、sis of the motor starting process. Several starting methods and some workings about soft starter age compared and analyzed. Then, inherent starting characteristics of three phases induction motor and the features of single phase AC adjusting voltage circuit with inductive load were analyzed, based o
7、nwhich the work states of thyristor three phases AC adjusting voltage circuit and the conversion of these work states due to different trigger angle were summarized.The hardware design based on 80C196KC single chip is presented in this paper, which includes main circuit, drive circuit, timing signal
8、 circuit and current detect circuit. The software design of control system including main program, interrupt routines and PI method subprogram is introduced, and partial detail program flow diagram is given.The results show that the soft starter can well eliminate the current impact. The soft starte
9、r achieves the design requirements. Finally the thesis makes a simple summary and prospect to.Key Words：three phases induction motor，soft-starting，voltage regulation 3circuit， Intel 80C196KC目录目录 1 绪论.5 2 异步电动机的各种启动方式.6 2.1 异步电动机的传统启动方法6 2.1.1 异步电动机起动过程分析6 2.1.2 各种传统启动方法的优缺点8 2.2 软起动器概述.12 2.2.1 软起动器
10、的概念及原理.12 2.2.2 软启动器的功能及应用场合.13 2.2.3 软启动器的几种工作方式.14 2.2.4 软启动器与变频器的区别.17 2.2.5 软启动器与传统降压启动方式的区别.17 3 交流异步电动机软启动器理论分析18 3.1 晶闸管调压电路分析.18 3.2 PID 控制原理分析 .22 4 控制系统的硬件设计24 4.1 系统整体方案设计.24 4.2 主电路硬件设计.25 4.3 控制回路硬件设计.27 4.3.1 80C196KC 单片机简介 27 4.3.2 单片机最小系统及扩展电路设计.31 4.3.3 按键电路设计.32 4.3.4 显示电路设计.33 4.3
11、.5 电流检测电路设计.34 4.3.6 转速测量电路设计.35 4.3.7 同步信号电路设计.36 4.3.8 晶闸管驱动电路设计.38 4.3.9 旁路接触器电路设计.40 4.3.10 声光报警电路设计41 4.3.11 直流电源模块设计42 5 控制系统的软件设计44 5.1 系统主程序流程图.44 5.1.1 介绍 C196 语言的一些特点45 5.1.2 开关中断及初始化程序分析.46 5.1.3 按键相关程序分析47 5.1.4 数码管显示程序分析.48 5.2 同步信号检测程序分析.48 5.3 HSO 中断服务程序 .49 5.4 A/D 转换程序 .50 5.5 触发角计算
12、程序.52 5.6 霍尔测速程序.5346 系统的保护措施.53 6.1 晶闸管的保护.53 6.2 电动机的保护.55 7 总结与展望56 7.1 总结.56 7.2 展望.56 参考文献.57 致谢.58 附录 系统原理图 1 60 附录 系统原理图 2 61 附录 系统程序6251 1 绪论绪论异步电动机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，价格低廉等优点。同时，异步电机还具有较高的运行效率和较好的工作特性，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。所以交流异步电机作为电力拖动系统中一个极为重要的元件在工农业生产、国防、交通运输、商业和家用、医疗电器设备等各方面有着广泛的应用。据统计
13、，其用电量占全国总用电量的 30%以上。而在西方发达的工业化国家，三相感应电动机消耗了大约 70%的电能。三相交流异步电机自问世以来，其起动问题就备受关注。三相交流异步电机在全压下起动时，起动电流可达额定电流的 47 倍，有的甚至达到了 810 倍。过大的起动电流将造成电动机发热，影响电机使用寿命；同时还会使线路压降增大，造成电网电压显著下降而影响同一电网内其他设备的正常运行；为了配合较大的起动电流，在配备电力变压器时，要求充分的储备容量，这将会给电力网带来极大的电能浪费；同时，过大的起动电流将使感应电动机的起动转矩冲击很大，是电机启动冲击大。工业生产中，电机能否进行直接起动受诸多因素的限制：
14、电机起动过程中的母线电压降落应小于额定电压的 15；低压电机的容量应小于供电变压器容量的 10%-15；中、大功率电机一般都不允许直接起动，而要采用一定的起动设备来完成起动。一般规定，功率低于 7SKW 的异步电动机允许直接起动。如果电机功率大于 75KW，且电源总容量较大，若满足一定的条件，电动机也可允许直接起动。反之，则必须采用减压起动的方法进行起动。电机降压起动方式多种多样，但传统起动方式分别有着属于有级起动,体积大、故障率高、维修不便，启动转矩低不能带重载等缺点。当然也可以采用变频器起动，但变频器造价昂贵、结构复杂，且主要用于需要对电机进行调速的6场合。 软起动器则弥补上述缺憾，它是基
15、于晶闸管相控调压原理，通过改变晶闸管触发角来改变电机输入端电压来完成电机起动。软起动器既能限制了冲击电流，达到安全启动，又比变频器经济性好、场合适宜，能更普遍的使用。这是本课题的实践意义所在。2 异步电动机的各种启动方式异步电动机的各种启动方式2.1 异步电动机的传统启动方法异步电动机的传统启动方法2.1.1 异步电动机起动过程分析异步电动机起动过程分析为了研究三相异步电动机的起动时的电压、电流、转矩等变量的关系，进而确定启动时要采取的措施，就得弄清楚电机的数学模型。三相异步电动机的数学基本模型有以下两种：基于状态方程的数学模型和基于集中参数等效电路的数学模型。对于变频调速而言，多采用前者；对
16、于电动机的软起动而言，多采用基于集中参数等效电路的数学模型。在详细分析其内部电磁关系和电动势的基础上，借助等效电路的分析方法，对电机在不改变定子绕组物理量和电机电磁性能的前提下进行频率和绕组折算。所谓“折算”，其物理意义是用一个静止的转子去代替实际的转子，其绕组和定子绕组相同，而与定子的电磁关系及其本身的功率和能量又与实际转子等效。折算包括频率折算和绕组折算。频率折算：将频率为 f2 的旋转转子电路折算为与定子频率 f1 相同的等效静止转子电路，转子静止不动时 f2f1。因此，只要将实际上转动的转子电路折算为静止不动的等效转子电路，便可达到频率折算的目的。由于频率折算前后转子电流的数值未变，所以磁动势的大小不变。同时磁动势的转速是同步转速与转子转速无关，所以频率折算保证了电磁效应的不变。频率折算后的电路如图 2-1 所7图 2-1 转子绕组频率折算后的异步电动机的定、转子电路 绕组折算 ：进行频率折算以后，虽然已将旋转的异步电动机转子电路转化为
