基于可变电抗的软起动器设计毕业论文

毕业设计(论文)题 目 基于可变电抗的软起动器设计 学院(系)： 自动化学院 专业班级： 电气 0303 班 学生姓名： 指导教师： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：2007 年 6 月 14 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 1、保密囗，在 10 年解密后适用本授权书2、不保密囗。(请在以上相应方框内打“”)作者签名：2007 年 6 月 14 日导师签名：2007 年 6 月 14 日毕业设计(论文)任务书学生姓名 汪旭祥 专业班级 电气 0303 班 指导教师 袁佑新 教授 工作单位 武汉理工大学 设计(论文)题目: 基于可变电抗的软起动器设计 设计(论文)主要内容：在对软起动器的国内外相关技术进行综合分析的基础上，探讨软起动器的起动方法，对可变电抗式软起动器进行结构设计，对软起动控制器进行硬件和软件设计，完成软起动系统仿真和试验。要求完成的主要任务:(1)外文资料翻译不少于 20000 印刷符；(2)查阅相关文献资料(中文 15 篇，英文 3 篇)；(3)撰写开题报告；(4)熟悉电机各种软起动方法；(5)掌握可变电抗技术及原理；(6)用可变电抗器技术进行软起动器硬件设计；(7)绘制的电气图纸符合国标；(8)撰写毕业设计(论文)不少于 10000 汉字。指导教师签名 系主任签名 院长签名(章) 武汉理工大学本科生毕业设计 (论文 )开题报告1、目的及意义(含国内外的研究现状分析)交流电机是工业、农业和交通运输的重要设备，应用领域十分广泛。三相交流异步电机因成本低、可靠性高、结构简单和维护方便等特点，应用几乎涉及到所有行业。交流电机起动时，如果全电压直接起动，强大的起动电流以及冲击力对电机自身、电机负载、电网以及同电网其他设备都会造成影响和损害，同时带来电能的浪费。 基于可变电抗器技术的软起动器是一种集软起动、轻载节能和多种保护功能于一体的异步电机控制装置，为实现风机、泵类等设备传动的节能而研制。近年来，用电量的快速增长，对电网的稳定性提出越来越高的要求。因此对异步电动机的控制特别是起动控制提出了相应要求。传统电动机起动控制在性能上存在的不足无法适应实际生产要求。软起动能够很好解决电动机起动时对电网和机械的冲击，同时具备软停车、故障保护、节能等功能，可广泛应用于环保、冶金、石化、轻工等行业。相比其它软起动器，可变电抗器式软起动装置由于采用可变电抗器技术，元器件不用串联(一般仅用单只反并联即可)，可靠性大大提高。可变电抗器具有很大电感量，谐波电压大部分加在可变电抗器上面，而加到电网和电机上的谐波电压则较小。所以可变电抗器式软起动要比晶闸管串联式软起动直接对电机的高次谐波伤害要小得多；装置的控制精度非常高，且不受环境条件的影响，每次起动都能按设定的方式工作；装置采用可变电抗器分压，只有很小的铜损和铁损，同时电流的调节范围不受电机容量的影响。该装置在起动时，开始电机电流很小，随着电机加速电流增加，达到设定电流时间很短，对电机伤害小。对于起动失败与连续起动问题，可变电抗器式软起动装置损耗很小，可连续起动。该装置使电机端电压由小缓慢上升，消除了操作过电压。装置的软起动开关投入时主电路电流很小，运行开关投入时两端电压很小，有利于延长主开关寿命。装置无可移动部件，检修周期长、使用寿命也较长。装置的体积小，安装方便、投资少、总造价低。总之，基于可变电抗器技术的软起动器的起动方法与变频器软起动方法、晶闸管串联交流调压软起动方法以及液态软起动等方法相比，具有明显技术优势与价格优势。国外软起动产品主要是固态软起动装置，即晶闸管软起动和兼做软起动的变频器。在生产工艺有调速需求时，采用变频装置，无调速要求的场合，轻载起动采用晶闸管软起动，负载功率比较大或重载起动的场合采用变频软起动。晶闸管软起动装置是发达国家的主流产品，自 1970 年以来，国外对晶闸管三相交流调压技术进行了广泛研究，在工业领域得到了广泛应用，在某些领域应用显示出独特的技术优势。我国对晶闸管软起动器的研究始于 90 年代，一些研究机构对此技术有一定研究成果。国内全数字晶闸管软起动产品的生产厂家，其产品均是对国外产品一定程度的仿制，而且多为低压产品，自己研制生产的高压软起动装置基本上处于起步阶段。2、基本内容和技术方案基本内容：(1)可变电抗式软起动控制器结构设计；(2)软起动控制器硬件设计；(3)软起动软件和控制算法设计；(4)软起动控制的仿真和试验。技术方案：本设计拟采用基于可变电抗器技术的软起动器是利用可变电抗器来隔离高压和低压，其基本设计思想是将可变电抗器的一次绕组直接与电机定子(或转子)串接，在电抗器中增加二次线圈，将二次线圈与功率变换器以及控制器连接。通过控制器与电力电子功率变换单元来控制可变电抗器的二次绕组，达到改变可变电抗器一次阻抗的目的，进而改变交流电机的输入电压，使交流电机实现软起动。利用功率变换器来实现电抗器的可变，如图 1 左部分为原副边电抗构成可变电抗变换器，右部分为副边电抗和两个单向晶闸管组成功率变换器。图 1 基于单相功率变换器的拓扑结构功率变换器智能控制器K 2 K 1L BM3 8 0 V图 2 软起动系统结构图如图 2 所示，电抗器的两个绕组是通过磁路发生耦合的，高压绕组串在电动机绕组中，软起动装置在起动时，高压绕组上就施加了交流电压，并有交流电流流动，从而形成磁动势，因此铁心中出现交变磁通，这种交变磁通通过两个绕组，使其分别感应出一个电动势，当晶闸管处于关断状态，可变电抗器为空载，高压绕组自身只有很微弱的励磁电流流过，这种励磁电流是漏电抗产生的，由于高压交流工作绕组的交流阻抗远大于电动机绕组的交流阻抗，此时高压电源电压大部分施加在电磁调压器的高压交流工作绕组侧，电动机的端电压很小，当晶闸管从关断到开通中变化时，中低压控制绕组便有二次电流流过，而此电流则产生一个消磁磁动势，从而破坏了施加给高压侧的电压和反电动势间的平衡，为了恢复平衡，就必须从电源吸取更大的电流来提供一个完全相等的磁动势，当高压侧增加的电流使高压侧与低压侧达到安匝平衡时，电动势便达到平衡，既 I1/N2I2/N1，由此式便可看出，高压侧 N1 与中低压侧 N2 的匝数是不变的，只要改变了低压侧的短路电流 I2，也就改变了高压侧绕组的电流 I1，因而可变电抗器的高压绕组与电动机绕组串联，即改变了电动机绕组的工作电流，使软起动成为现实。3、进度安排(1)3 月 5 日 3 月 11 日(第 1 周) 毕业设计( 论文 )开题报告； (2)3 月 5 日 3 月 18 日(第 12 周) 毕业实习； (3)3 月 19 日 4 月 1 日(第 34 周) 熟悉电机软起动各种方法； (4)4 月 2 日 4 月 15 日(第 56 周) 掌握电抗器软起动方法、原理； (5)4 月 16 日 4 月 29 日( 第 78 周) 软启动器的系统构建与方案设计； (6)4 月 30 日 5 月 20 日( 第 911 周) 用可变电抗器进行软起动器硬件设计； (7)5 月 21 日 6 月 3 日(第 1213 周) 软起动器软件设计； (8)6 月 4 日 6 月 17 日(第 1415 周)撰写毕业设计论文，进行论文答辩。4、指导教师意见指导教师签名： 年 月 日武 汉 理 工 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）目录摘要 .IABSTRACT.II绪论 .11 软起动器方案设计 .51.1 软起动原理 .51.2 软起动方法 .61.2.1 变频器软起动 .61.2.2 晶闸器串联软起动 .61.2.3 水电阻和液态电阻软起动 .71.2.4 基于可变电抗的软起动 .71.3 软起动方法选择 .91.4 软起动控制方式 .111.4.1 电压斜坡式软起动 .111.4.2 脉冲突跳式软起动 .121.4.3 恒流式软起动 .122 软起动器硬件设计 .132.1 主电路原理设计 .132.1.1 功率变换器原理设计 .132.1.2 可变电抗变换器原理设计 .142.2 控制电路原理设计 .152.2.1 键盘和显示电路设计 .162.2.2 信号检测电路设计 .172.2.3 A/D 和 D/A 转换电路设计 .182.2.4 开关量输入/输出电路设计 .202.2.5 触发电路设计 .222.2.6 辅助电源电路设计 .223 软起动器软件设计 .243.1 系统软件结构设计 .243.2 软件功能模块设计 .243.2.1 初始化程序设计 .253.2.2 看门狗程序设计 .253.2.3 人机交互程序设计 .26武 汉 理 工 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）3.2.4 软起动程序设计 .273.3 软起动器控制算法 .303.3.1 单神经元 PID 控制 .303.3.2 单神经元 PID 控制的学习算法 .323.3.3 单神经元 PID 控制软件流程 .374 系统仿真与试验 .384.1 系统仿真 .384.1.1 主要环节的仿真 .384.1.2 软起动系统的仿真 .414.1.3 仿真结果 .414.2 系统试验 .434.2.1 系统调试 .444.2.2 电机起动试验 .45结束语 .48致谢 .49参考文献 .50附录 1.52附录 2.53附录 3.54附录 4.55附录 5.56武 汉 理 工 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）I摘要为了减小三相交流异步电机全电压直接起动过程中起动电流和冲击力对电机自身、电机负载、电网以及同电网其它设备造成的不利影响和损害，本文对可变电抗式软起动技术和装置进行了分析和研究，并寻求一种新的软起动方法。本文对可变电抗式软起动系统进行了分析，比较了几种常用的电机软起动方法，阐述了可变电抗式软起动的优点。根据可变电抗器阻抗变换原理，讨论了软起动控制器的构思和设计方案。本文介绍了以微处理器 AT89S52 为核心的软起动控制器硬件电路设计，包括微处理器系统、模拟量和开关量输入/输出通道、