电动机智能软启动控制系统的研究与设计开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告学生姓名： 梁泽星 学 号： 20079985 系 部： 电子信息工程 专业年级： 07级电子信息工程 设计(论文)题目： 基于单片机的软启动器的设计 指导教师： 贺泽凡 2010年 12月 22日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文 献 综 述一、引言随着当今社会的飞速发展，现代科技的日新月异，智能控制系统得到了越来越广泛的应用，如:生产过程的自动化，各种遥控系统等。这也给我们提出了更多更高的要求，如对电网的波动性、执行机构的智能配套等要求越来越严格。作为重要驱动执行机构的电动机，其调速和控制技术也越来越受到人们的重视，尤其是三相笼型异步电动机因具有结构简单、运行可靠、维修方便、价格便宜以及惯性小等优点而被广泛应用于工业、农业和交通运输等领域。随着各领域生产机械的不断更新和发展，对电动机的启动性能要求越来越高。大概有以下几点:(1)要求电动机有较大的启动转矩，可以带负载启动，井且有良好的机械特性曲线；(2)启动电流尽可能小；(3)启动设备尽可能简单、经挤、可靠、易维护:(4)启动过程中能源消耗尽可能少。一般三相异步鼠笼型电动机有两种启动方式:额定电压下的直接启动方式和降压启动方式。在降压启动方式中又有星 三角启动法、自拐降压启动法、延边三角形启动法、串接饱和电抗器启动法等。这类降压启动设备虽然部分缓解了大容量电动机在较小容量电网上启动时的矛盾，但是它们只是相对减小了大电流的冲击并未在本质上解决问题。而且这些启动设备还有一些固有的缺点，如对负载适应能力差、启动电流不连续、维修工作量大等等。另外，由于在整个电动机启动过程中，电磁转矩大于负载的反转矩，电动机加速运转，在相同的转动惯量下转矩的差额越大，机组加速越快，转动惯量大的机械启动就较慢，对于重复启动的生产机械来说，启动过程的时间长短对劳动生产率的影响是很大的，因而对不同的生产过程，对电动机应有不同的启动时间要求过去的启动装置大多采用接触器，属于有触点系统，容易磨损引发故障，启动特性不好。为了达到无触点控制，获得灵活多变的良好的启动特性，在80年代初期笼型异步电动机电子软启动器诞生。软启动控制器是一种新型节能设备，在欧美国家已得到大量的应用。它利用晶闸管交流调压技术实现降压启动，以后又融入了功率因素控制技术，在控制装置的研究上，正围绕着提高启动力矩、完善检测和自诊断功能以及提高产品可靠性、改进制造工艺、降低成本等方面努力。本文以应用于三相笼型异步电动机启动的软启动器为主要研究对象，控制电路采用新的启动方法 分级变频启动来保证电动机在启动初期具有低电流、高转矩的特性，提高了其应用范围，从根本上解决了电动机控制中存在的一些难题，特别是解决了大容量电动机恒转矩启动的问题，可以说是替代传统降压启动方式的一项新技术。本文重点研究了分级变频启动方法的实现，据供电电源在一个正弦周期内两个过零点处电压瞬时值的单调性不同，提出了各离散频率触发角组合的新方法，确定了各离散频率最佳相位角组合的新方法，使该频率下的正弦分量最大化，保证了分级变频启动过程中正弦曲线的连续性。系统的主电路由三对晶闸管反并联而成，并与交流电源各相相联。通过改变晶闸管的触发角来改变电动机电压，实现降压启动，另外还能达到减缓冲击和节约电能的目的。并在此基础上给出了系统的软硬件设计。关键词:软启动器，高启动转矩，分级变频，晶闸管二、实现方案1、 总体设计电动机智能软启动控制系统由单片机S87C196MH构成主控核心部分，进行主要的信息处理，接收外部操作指令形成各种控制信号，并完成对于各种信息的记录和处理；接口电路提供单片机与外部电路接口。主电路中包括电压检测电路、三相晶闸管部分、电流检测电路、功率因数角检测电路、电源变压器等。主电路部分结构比较简单，主要采用晶闸管调压原理完成软启动器的各项功能。三相异步电动机的晶闸管调压系统主回路的接法有多种，最常用的控制方案是将六个反并联的晶闸管分别串接在电动机的三相线圈上，这种连接方法由于各相波形对称，输出电压不含偶次谐波，谐波比较少，因此功率可以做的较大，调速性能也比较优越，本系统采用这种典型的调压电路，控制系统主回路电路图见下图。其中所有晶闸管两端并联的开关K是互锁的(同时断开或者闭合)，开关工作情况如下:电动机软启动开始时K都处于断开状态，当启动完毕时所有的开关K闭合，软启动器旁路，即启动完毕后软启动器退出运行状态，软停机开始时开关K又断开，软启动器又进入停机运行状态，如此循环重复，实际系统中用微机控制的一个三相旁路继电器来实现开关的功能。 2、电压检测电路电压检测电路主要实现2 个功能: (1) 同步信号检测功能,在三相交流电压的过零时刻开始采样,该采样值作为晶闸管脉冲触发信号的同步信号;(2) 三相交流电压信号经过变压器降压后,通过整流电路转换成直流信号,再经A/ D 转换送入到单片机,作为电压负反馈调节、故障诊断、过电压和欠电压保护的实时电压测量值。由于软启动控制器必须在1 个电压周期内控制可控硅的导通角,即通过确定电压波形的过零点,延时一段时间后输出触发信号控制其导通角。电压波形的过零点通过同步信号电路检测获得。3、三相晶闸管部分其中，每相电路都由两只晶闸管反并联构成，并且有阻容吸收电路。单片机给出的控制信号, 经脉冲变压器送出一定脉宽的脉冲信号驱动晶闸管的导通,并通过导通角改变加在电动机的电压大小。其中,脉冲的同步由上述同步信号电路产生,而脉冲的移相、形成和输出则由单片机完成。晶闸管触发电路采用绝缘强度高、隔离效果好的脉冲变压器( PTR) ,共有6 路,1 个周期内输出6 路相角差为60的6 个驱动信号。4、功率因数角检测电路由于晶闸管截止时意味着没有电流通过，即电流为零 ，因此晶闸管截止时刻与电源电压即同步信号过零时刻间的相位差代表着电动机的续流角度，即可测得功率因数角.5、电流检测部分通过电流互感器检测电动机的三相电流，将电流信息送入单片机中，作为过流保护、电流显示等的依据。另一方面同样检测电流的相位信号6、电源变压器通过变压器变压，为控制电路板提供低电源。7、软件设计 主程序是整个系统程序的“灵魂”，它不仅决定程序的流程，还起着承上启下，将各子程序模块有效衔接起来的作用。综合考虑本设计所要实现的功能,并尽可能优化程序设计。 由于实际的单片机控制系统功能复杂、信息量大和程序较长，这就需要选用合理的切合实际的程序结构设计方法。常用的设计方法有3种：（1）模块化程序设计；（2）自顶向下逐步求精程序设计；（3）结构化程序设计。本设计采用第一种方法，即模块化程序设计。其设计思路是把一个复杂应用程序整体按功能划分成若干相对独立的程序模块，各模块可以单独设计、编程、调试；然后把功能相关的模块通过连结程序联在一起调试；最后各模块程序在主程序的控制下进行总体调试，以完成达到设计要求、具有实用价值的程序。由于此方法的设计思路与本设计的硬件设计思路非常吻合。为此本设计的软件程序部分采用模块化设计方法。本设计的软件设计采用C语言，程序结构具有模块化和子程序化的特点，同时在程序设计中加入了抗干扰处理。软件程序分为主程序和中断程序两大部分。中断程序包括外部中断子程序、定时器中断子程序、通信中断子程序等。中断优先级依次为外部中断、定时器中断和通信中断。三、结语基于分级变频理论的高转矩软启动器，它采用分级变频理论可以提高启动转矩，降低启动电流，且启动时间比传统的单纯降压启动要短，从根本上解决了电动机控制中存在的一些难题，特别是解决了大容量电动机恒转矩启动的问题，与传统的软启动方式相比提高了其转矩特性，与变频器软启动方式相比又降低了成本。为电动机在农业电气化中的应用提供了一种新型的软起启动方式。四、参考文献1 张强、吴红星.基于单片机的电动机控制技术中国电力出版社，20082 许大中、贺益康.电机控制.浙江大学出版社,20023 胡虞生、胡敏强.电机学.中国电路出版社，2005.4 王兆安、黄俊.电力电子技术.机械工业出版社，1986.5 余洪明.“软起动”的由来与应用.电工技术.2001年第6期6 陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京:机械工业出版社19997 张文生，刘耀年，张玉吸.异步电动机智能软起动器及其应用.电工技术.2000年第11期8 刘美俊.异步电动机智能软起动技术及其应用.电工技术2001年第5期。9 许宏纲，徐方逸.软起动器及其应用.电世界。1999年第5期10 曾毅.现代运动控制系统工思北京:机械工业出版社200611 胡崇岳.交流调速技术.北京:机械工业出版社200412 崔永和，杨成德.软启动器性能对比与探讨.电气开关2001年第6期13 林钢等.常用电子元器件.北京:机械工业出版社200414 张浩，韦忠朝.8OC196KC单片机控制的电子软启动器硬件设计.电机电器技术15 G urkanZ enginobuz,Is ikC adirci,M uammerE mus,So ftS tartingo fL argeIn ductionM otors 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告一. 课题的目的与意义随着当今社会的飞速发展，现代科技的日新月异，智能控制系统得到了越来越广泛的应用，如:生产过程的自动化，各种遥控系统等。这也给我们提出了更多更高的要求，如对电网的波动性、执行机构的智能配套等要求越来越严格。作为重要驱动执行机构的电动机，其调速和控制技术也越来越受到人们的重视，尤其是三相笼型异步电动机因具有结构简单、运行可靠、维修方便、价格便宜以及惯性小等优点而被广泛应用于工业、农业和交通运输等领域.随着各领域生产机械的不断更新和发展，对电动机的启动性能要求越来越高。软启动器因为启动电流小、节约能源以及减少了对机械的启动冲击，而广泛应用于三相笼型异步电动机的启动中。传统的降压启动方法基本上是靠单纯的降低电压来启动电动机的，启动转矩很小，不适用于恒转矩启动。基于分级变频理论的高转矩软启动器，从根本上解决了电动机控制中存在的一些难题，特别是解决了大容量电动机恒转矩启动的问题，与传统的软启动方式相比提高了其转矩特性，与变频器软启动方式相比又降低了成本。为电动机在农业电气化中的应用提供了一种新型的软起启动方式。二.课题发展现状和前景展望电动机软起动，是一项技术，一类产品，一个行业。发达国家软起动行业现状：从进口软起动产品看，发达国家的电动机软起动产品主要是固态软起动装置：晶闸管软起动和兼作软起动的变频器。在生产工艺兼有调速要求时，当然采用变频装置，在没有调速要求的使用场合下，起动负载较轻时（例如风机、水泵）采用晶闸管软起动，在重载或负载功率特别大的时候，才用变频软起动。晶闸管软起动装置是发达国家软起动的主流产品，各知名电气公司均有自己晶闸管软起动的品牌，在其功能上又各具特色。能够生产中压（610KV）晶闸管软起动产品的厂家不多。中压（310KV）晶闸管软起动产品还没有问世。国产中压晶闸管软起动装置推迟问世的原因，绝不在技术方面，而是在预期的利润空间不大等经济方面。国产液态软起动装置占据了很大的市场份额。国产装置比国外产品简单，成本更低，电解液配置不采用蒸馏水，液箱也作成不密封的。国产装置得以流行的原因是它比较适合现时我国的国情。它能够满足起码的软起动要求，售价低，维护虽然麻烦但难度不大。从短期来看，软起动将仍然以各种形式的降压（限流）软起动为它的主要形式。从理论上说，性能价格比高的产品将占有更大的市场份额。但是，在各种应用场合，人们对于各种性能的侧重面不同，使各类起动产品（包括传统的星三角起动）在市场上都可能会赢得自己的一席之地。 客观和主观两个方面。客观方面：例如使用环境条件（温度、湿度变化范围），起动负载轻重，使用的频繁度、防爆、防尘要求等等，例如，南方的用户就不会很在意于液态软起动液阻会不会结冰；主观方面：主管人员的知识水平，维护人员的技术水平、用户单位的管理水平等等。显然，主管技术人员知识老化的单位，是不会乐意选用高技术含量产品的。 从长远来看变频软起动将成为软起动的主流。各种形式的降压软起动将与星三角起动等技术一起归并为传统的起动技术。如本文所研究的分级变频技术将会替代传统的软启动方式。另外，随着变频器价格的逐渐下降，可靠性的进一步提高，也随着技术人员水平的提高，仅仅为软起动而选用变频器将不再会被人们认为是一种奢侈。三.课题的主要内容及要求本课题要求在了解远程通信控制电路构成及工作原理的基础上，以微处理器(SPCE061A单片机)为核心设计一个电话智能遥控器。设计的主要内容：1、设计方案论证、比较及确定2、设计完善的硬件电路3、元器件选型及有关计算4、软件设计及有关调试5、完成说明书、图纸及软件清单涉及的主要相关知识：晶闸管 分级变频 电机学原理 单片机原理四. 研究方法、步骤和措施通过查阅利用各种文献资料，利用实验室现有的设备，本次毕业设计按照以下步骤进行：1根据所做课题，查阅有关资料写好文献综述和开题报告；2根据课题内容，查阅相关资料，相关课题，确定课题的总体方案；3系统软件总体结构设计；4各模块程序设计及部分程序调试；5对系统的软硬件进行联调；6撰写说明书；7整理资料，准备答辩。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄