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1、基于单片机的交流异步电机软启动器节能运行研究目 录摘 要BSTRCT51 引言6.1 异步电机软启动与节能运行技术的重要意义61 异步电机软启动技术概述1.21 传统启动与软启动6.2.2 软启动器的基本原理71.3软启动器的工作方式2.4 软启动器的适用场合81节能运行技术发展现状8.3.1 节能运行的基本原理3. 节能运行在软启动器上的实现9. 本文任务02节能运行的工作原理12.功率因数的测量与计算12.1信号的过零检测12.1.2 功率因数的计算12.1. 技术难点和解决方式132 基于单片机的PID调节132. PID调节的原理3.2.运算方式的选择14系统构成3硬件选择与连接.1单
2、片机与功率因数检测电路3.1.2 电机运行控制电路15.3数据输入与显示电路15. 工作原理183.2.1 键盘8.2.2 显示84 控制与运行方式04.1运行方式及参数设置2041.1可选方式与参数24.2 操作流程02 程序设计211 主程序流程图14.2 数据处理程序流程图22.2.3 键盘扫描程序流程图35结论24结束语26谢辞2参考文献30摘 要交流异步电机是工农业生产中最重要的拖动设备之一,因其结构简单、维修容易等优点而得到了广泛应用。但电机直接启动时的电流和机械冲击过大,对其自身及拖动设备的使用寿命都会产生影响,较大的电网压降还会影响电网供电和其他设备运行。因此,采用电机软启动技
3、术势在必行。本文通过分析交流异步电机软启动器工作原理，在Itl 8C51单片机基础上对其软硬件进行了适当扩展，并添加了人机界面,从而可对电机运行的各参数进行设定和修改。借助功率因数测量电路和软启动器的晶闸管调压电路组成的闭环反馈系统，单片机可以根据负载变化相应地调整电机输出电压,使电机始终工作在设定功率因数下,从而实现交流异步电机的恒功率因数控制,达到节能运行的目的。关键词：异步电机；功率因数；软启动;节能运行ABSTCTI he industrial and agrculura anfature, alternatgurrensyncroumoor is neo te mt mprtat d
4、rivingequipmes. Ithasgt vast picatin or sipe raewoknd el mntain abliy.But hn nchrou motr is startddectly, the oond the drvingequipets lnvity i be badlyaffectedby hgestarting-urrent and ecaical olliion, ad bvoltge deres o influenc he powe-supply ntwok, e oer uipmentpratin So it is ecessar undrtake th
5、easynchronous moorsot start teology.T paper analyzes th wokng ricp of asynhronosmotor soft-rter, ad reaies software andhardwaexpansion ased o inge-chip miocompur Intl-89C51.A intera btwe humn and sotstrter, whee the eraion data of the otorould be moifed asalso ee dde. Tpow ftor measure circut and te
6、oft-startrsthyristr ltge moutor fo a cose cirut feedback st, by hich the igle-chp microcompute can chnge he motors trminal vltae cori to telo,nd ake the tor rnsnder e et we factr. I thsy， te synchroou ots contanpwer fctr onrl systemisreazed,an the egysi operationis achieved. Keywords：asyrosto；powe f
7、actr;oft stat；energysavi petin1 引言近年来，我国工农业的飞速发展对电能的需求越来越大,但煤炭、石油等燃料资源的相对短缺极大限制了电力资源的供应、大幅抬升了电力价格。在这种情况下采用现实可行的节能技术，节约用电量、提高能效就成为当务之急。11 异步电机软启动与节能运行技术的重要意义 电机是工业生产中最重要的拖动设备之一,交流异步电机由于结构简单、维修容易等优点，被广泛应用于工农业及其他生产当中。但电机直接启动时的电流过大,启动瞬间转矩造成的机械冲击也会影响其本身及拖动设备的使用寿命，过大的启动电流还加速了电机绝缘老化。电机启动时会引起较大的电网压降，影响电网供电和
8、其他设备运行。频繁启动电动机的场合，还会因电机的短路、缺相、过流、欠压、堵转等故障影响设备运行。因此，宜采用软启动控制技术，改善电机的不良启动性能，延长电机寿命，减少电网冲击。据不完全统计，电机的用电量已占到我国发电总量的,研究电机节能运行技术具有很强的现实意义。由电机学理论可知,异步电机运行在额定负载时效率最高，通常可达8%左右;其负载越小,效率和功率因数就越低。多数电机，其大部分运行时间内的负荷率都在50%-6%，实际运行效率较低；而电机选型时又是按照需要的最大负载和最坏情况下所需要的功率而定的,因此在大部分时间内,电机都运行在效率较低的轻载情况下。在轻载情况下降低电机电压,既提高了其运行
9、效率，也可以显著节省电能。1. 异步电机软启动技术概述.1传统启动与软启动异步电机的传统启动方式有全压启动、星三角降压启动和自耦降压启动等。前者启动电流大,5-7倍的启动电流造成能量的巨大消耗,对电网和变压器也有很大冲击,影响电机本身及控制期间的寿命；后两者启动电流较小，但同样存在冲击电流，设备故障率较高,同时启动转矩降低，启动时间延长。2所谓“软启动”,就是按预先设定的控制模式进行的电机降压启动过程。交流电机启动时的电流一般是额定电流的1倍,软启动的主要目的是降低异步电机的启动电流，提高系统运行稳定性，延长电机及相关设备的使用寿命。1.22软启动器的基本原理软启动器的晶闸管调压电路由6个晶闸
10、管两两反向并联组成,串接于交流异步电机的三相供电线路之上。（图1-1）加入启动信号后，系统软件首先施加若干毫秒的固定延时用于系统自检,然后进行有关计算，输出晶闸管触发信号，通过控制晶闸管导通角,使启动器按所设计的模式调节输出电压、控制电动机的启动过程。启动过程完成后,单片机再发出控制信号,启动器将用于短接可控硅的旁路接触器吸合，短路掉所有的晶闸管，使单片机控制系统停止工作，电机直接投入电网运行，避免不必要的电能损耗。图1.3 软启动器的工作方式（1）限流软启动主要用于轻载启动。在启动过程中限制启动电流不超过某一设定值（m),其输出电压从零开始迅速增长，直到其输出电流达到预先设定的电流限值I，然
11、后在保持输出电流IIm的条件下逐渐升高电压直到额定值，使电机转速逐渐升高，直到额定转速。限流软启动的优点是启动电流小、对电网电压影响小,且可按需要进行调整(启动电流的限值m必须根据电动机的启动转矩来设定，m设置过小将会使启动失败或烧毁电机）,缺点是在启动时难以知道启动压降,不能充分利用压降空间,损失启动转矩,启动时间相对较长。(2）电压斜坡启动 用于重载启动。输出电压由小到大斜坡线性上升,将传统的降压启动变有级为无级。电压斜坡启动缺点是启动转矩小，转矩特性呈抛物线型上升,对启动不利,且启动时间长,对电机也不利。改进的方法是采用双斜坡启动:输出电压先迅速升至U1（电动机启动所需最小转矩所对应的电
12、压值)，然后按设定的速率逐渐升压，直至额定电压。初始电压及电压上升率可根据负载特性调整。这种启动方式的特点是启动电流相对较大，但启动时间相对较短。(3)转矩控制启动主要用于重载启动，它是按电动机的启动转矩线性上升的规律控制输出电压,它的优点是启动平滑、柔性好,对拖动系统有利,同时减少了对电网的冲击，是最优的重载启动方式,其缺点是启动时间较长。 （4）转矩加突跳控制启动与转矩控制启动同样用于重载启动。不同的是,突跳控制在启动瞬间用突跳转矩克服拖动系统的静转矩，然后转矩平滑上升,可缩短启动时间。但是,突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其它负荷。 (5)电压控制启动 用于轻载启动，在保证启动压降的前提下使
13、电动机获得最大的启动转矩，尽可能地缩短启动时间,是最优的轻载软启动方式。1.2.4软启动器的适用场合(1）生产设备精密,不允许启动冲击,否则会造成生产设备和产品不良后果的场合。（)电动机功率较大，若直接启动，要求主变压器容量加大的场合。 （3)对电网电压波动要求严格,对压降要求1%的供电系统。（)对启动转矩要求不高,可进行空载或轻载启动的设备。严格地讲,启动转矩小于额定转矩50%的拖动系统才适合用软启动器解决启动冲击问题。重载或满载只能采取变频软启动，实现无过流软启动,提供1.2-倍额定转矩的启动转矩。 ()软启动器的缺点是不能长时间应用于启动转矩要求很高的电机驱动装置上。这是因为电机软启动器实际上是将自身电压斜坡式抬升至最大值，停机过程中又逐渐下降至设定的关机水平来完成工作的。由于转矩与电压平方成正比，连接电机无法一开始就达到最大转矩,因此软启动器更适合于风扇、电梯、水泵、传送带等轻型易启动设备。1.3 节能运行技术发展现状1.1 节能运行的基本原理电机效率是电机输出功率与输入功率比值的百分数。因为电机的输入功率并不仅用来驱动电机、在轴上输出功率,还有一部分成为电机的固有损耗，所以电机效率总是小于1。电机的主要损耗为铁耗和铜耗，其中铜耗是电流经过电机绕组产生,与电流平方成正比;铁耗是电机定子和转子铁心中的
