基于AT89C51單片機的電機軟啟動器設(shè)計畢業(yè)論文.doc

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1、目錄1緒論.12電動機軟啟動的設(shè)計原理.12.1基礎(chǔ)理論.12.2晶閘管.22.3啟動的工作原理.23模糊控制器設(shè)計.33.1模糊控制思路.33.2語言變量、語言值和論域的選擇.43.3語言變量和的賦值表的建立.43.4建立模糊控制規(guī)律表.63.5模糊條件推理.73.6量化因子KE,KEC和比例因子KU的確定.73.7提高穩(wěn)態(tài)精度并考慮克服顫振.94硬件電路的設(shè)計說明.94.1硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖.94.2硬件系統(tǒng)軟啟動電氣原理圖.104.3硬件系統(tǒng)電路框圖.114.4可靠性及采取的相關(guān)措施.125軟件設(shè)計.錯誤!未定義書簽。5.1模糊控制的編程思路.錯誤!未定義書簽。5.2主程序.135.3初

2、始化程序.145.4子程序.錯誤!未定義書簽。5.5中斷程序.156結(jié)束語.15謝辭.15參考文獻(xiàn).1611緒論在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中,三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格低廉、維修方便、壽命長等優(yōu)點,因此它在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛。但是異步電動機在啟動過程中,瞬時電流沖擊大,通常是額定電流的47倍,而且啟動轉(zhuǎn)矩小,啟動轉(zhuǎn)矩沖擊也很大。這將對電動機本身、拖動設(shè)備和電源設(shè)備的使用壽命有很大的影響,同時對電網(wǎng)電壓也會造成很大的沖擊,影響同一電網(wǎng)其他電氣設(shè)備正常運行。在大、中功率異步電動機的啟動過程中必須限制啟動電流。隨著工廠生產(chǎn)規(guī)模的擴大和自動化程度的提高,交流電機應(yīng)用越來越廣泛。傳統(tǒng)啟動異步電動

3、機的方法很多,啟動電流雖然得到限制,但仍然有電流沖擊。由于異步電動機具有參數(shù)時變、嚴(yán)重非線性特性、強耦合性等不確定因素,采用傳統(tǒng)PID閉環(huán)控制解決異步電動機在啟動過程中電流沖擊,存在如下問題:(1)異步電動機啟動過程中的閉環(huán)控制是非線性時變系統(tǒng);(2)PID控制要求建立精確的數(shù)學(xué)模型,由于被控對象的數(shù)學(xué)模型不清楚,現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型也不易于過程實現(xiàn),難以建立精確的數(shù)學(xué)模型;(3)PID參數(shù)的調(diào)整也將是很困難的事。由于模糊控制主要是模仿人的控制經(jīng)驗而不是依賴于控制對象數(shù)學(xué)模型,因此模糊控制能近似的反映人的控制行為,無需建立控制對象的精確數(shù)學(xué)模型。本設(shè)計的軟啟動器,運用模糊控制原理,設(shè)計模糊控制器,通

4、過軟件編程適時改變雙向晶閘管的導(dǎo)通角,控制電機端電壓,減小啟動電流,實現(xiàn)適當(dāng)提高啟動轉(zhuǎn)矩和啟動過程電流沖擊小的軟啟動過程1。2電動機軟啟動的設(shè)計原理2.1基礎(chǔ)理論輕載運行降壓可減小電動機的損耗,異步電動機的損耗P可用下式表示:P=Pcu1+Pcu2+PFe+Ps+Pm式中:Pcu1、Pcu2-定子和轉(zhuǎn)子銅耗;Ps-雜散損耗;PFe-鐵耗Pm-機械損耗;當(dāng)電機輕載時,輸出功率減少,同時轉(zhuǎn)子銅損Pcu2隨之降低;但PFe、Pm基本不變。由于勵磁電流保持不變,定子銅損Pcu1降低并不明顯,因此電機效率和功率因數(shù)有較大幅度的降低。如果在輕載時能適當(dāng)降低輸入電壓(因電機鐵耗PFe與電壓平方成正比,勵磁電

5、流也因磁通的減少而下降,使Pcu1減少,從而降低了總損耗p),使效率和功率因數(shù)得到電提高2。但應(yīng)注意端電壓也不能過分降低,為了保持同樣的輕載轉(zhuǎn)矩,當(dāng)電壓和磁通過份降低時,轉(zhuǎn)子電流必然回升,這時,Pcu1的降低程度就減少,甚至還會引起它們增大;此外過份降低電壓有可能使電機帶不動負(fù)載而產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)故障。22.2晶閘管晶閘管是在半導(dǎo)體二極管三極管之后發(fā)現(xiàn)的一種新型的大功率半導(dǎo)體器件,它是一種可控制的硅整流元件,亦稱可控硅。工業(yè)上常用的異步電動機都是三相的,因此晶閘管交流調(diào)壓電路大都采用三相交流調(diào)壓電路。將三對反并聯(lián)的晶閘管(或三個雙向晶閘管)分別接至三相負(fù)載就構(gòu)成了一個典型的三相交流調(diào)壓電路。負(fù)載可以是

6、形連接,也可以是Y形連接。通過雙向晶閘管相位控制以實現(xiàn)降壓節(jié)能。晶閘管的導(dǎo)通角大小是通過檢測電動機的電壓與電流之間位移角亦可近似當(dāng)作功率因數(shù)角去實現(xiàn)的。當(dāng)負(fù)載較大時其負(fù)載電流滯后于電壓的位移角即功率因數(shù)角就小,也就是功率因數(shù)高。同樣當(dāng)負(fù)載較小時其負(fù)載電流滯后于電壓的位移角即功率因數(shù)角就大,也就是功率因數(shù)低。通過檢測上述功率因數(shù)角的變化去控制晶閘管的導(dǎo)通角,亦即使負(fù)載大時導(dǎo)通角大,電動機的工作電壓高。反之負(fù)載小電動機的工作電壓就低3。2.3啟動的工作原理軟啟動器設(shè)計的基本原理是以不同的速率增加晶閘管的導(dǎo)通角,使電機端電壓漸增,這樣,既可以大大減小啟動電流,又不影響啟動轉(zhuǎn)矩。啟動電流、電壓根據(jù)負(fù)載

7、轉(zhuǎn)矩變化連續(xù)可調(diào),此處采用的技術(shù)為啟動開始后逐漸升壓,啟動電流平穩(wěn)地增加,然后進(jìn)入恒流軟啟動。這里采用了大功率晶閘管,而且使電機啟動時的啟動電流可根據(jù)工況的需要而預(yù)先設(shè)定并連續(xù)可調(diào),并使電機在啟動電流始終維持在所設(shè)定的電流值,避免了啟動沖擊電流。由圖1可見,全電壓直接啟動的啟動電流為額定值的6倍。該電流在電動機圖1幾種啟動方式的比較全壓啟動自耦降壓啟動恒流軟啟動3接近50%轉(zhuǎn)速前幾乎不變,這樣大的啟動沖擊電流會給電網(wǎng)帶來不良影響(如當(dāng)配電網(wǎng)容量不足或缺少足夠調(diào)節(jié)能力時,大功率電動機啟動會引起嚴(yán)重的線路壓降)。同時我們還知道,在一般自耦變壓器降壓起動時(主要在起動過程即結(jié)束時),會有二次沖擊電流

8、,該沖擊電流當(dāng)然也同樣會給配電系統(tǒng)帶來不良影響。但恒流軟啟動則可根據(jù)工況的需要將啟動電流設(shè)定在所需要的電流值上,啟動時該電流基本恒定4。但在一些工況中我們發(fā)現(xiàn)有些設(shè)備要求啟動力矩很大(如攪拌機,皮帶輸機等重載啟動),因此以后還需派生階躍恒流軟啟動和脈沖恒流軟啟動系列,如圖2所示,這樣就可較好地解決了該節(jié)電控制器可適用各種工況的要求。階躍恒流軟啟動脈沖恒流軟啟動圖2兩種特殊啟動方式3模糊控制器設(shè)計3.1模糊控制思路模糊控制系統(tǒng)是一種自動控制系統(tǒng),它以模糊數(shù)學(xué)、模糊語言形式的知識表示和模糊邏輯的規(guī)則推理為理論基礎(chǔ),采用計算機控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)。它的組成核心是具有智能性的模糊控制器,這也就是它與其他自動控制系統(tǒng)的不同之處,模糊控制系統(tǒng)也是一種智能控制系統(tǒng)。模糊控制技術(shù)是一種由模糊數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、人工智能、知識工程等多門學(xué)科領(lǐng)域相互滲透,理論性很強的科學(xué)技術(shù),實現(xiàn)這種模糊控制技術(shù)的理論,即稱為“模糊控制理論”。因此模糊控制系統(tǒng)組成由單片機、模糊控制器、輸入/輸出接口、執(zhí)行機構(gòu)、被控對象和測量裝置等五部分組成。如圖3所示。根據(jù)工程實際采用如圖4所示的模糊控制系統(tǒng)框圖模糊控制能克服傳統(tǒng)PID控制超調(diào)量大的問題,但是普通的模糊控制存在穩(wěn)態(tài)精度差和穩(wěn)態(tài)顫振問題。因此,本文采用雙模模糊控制,并加人積分環(huán)節(jié),這樣施加在被控對象上的t0t0電流I電流I

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