新型三相異步電動機軟啟動柜軟啟動器的設計pdf下載

(a)基于PID控制的轉速響應曲線(b)基于蟻群優化的模糊神經網絡控制器的轉速響應曲線(a)基于PID控制的轉速響應曲線(b)基于蟻群優化的模糊神經網絡控制器的轉速響應曲線收稿日期:*基金項目:河南省科技普通攻關項目()作者簡介:葛廣軍(),男,河南葉縣人,碩士,講師,年畢業于江蘇大學,現主要從事電氣與自動控制技術方面的研究工作。Email:ggjxhmcom圖突加燈泡負載時電動機的轉速響應曲線圖突減燈泡負載時電動機的轉速響應曲線下,與傳統PID控制進行對比仿真實驗。實驗結果表明,基于蟻群優化的模糊神經網絡控制器具有很強的魯棒性和動態性能,能夠滿足煤礦電機車的負載變化及強轉矩的要求,對今后煤礦電機車控制的發展具有一定的借鑒作用。參考文獻:馬憲民,宋改改煤礦電機車交流調速系統的方案選擇與考慮J工礦自動化,():~CHANCCThePastPresentandFutureofElectricVehicleDevelopmentJIEEEPowerElectronicsandDriveSystems,,():~祈春清,宋正強基于粒子群優化模糊控制器永磁同步電動機控制J中國電動機工程學報,,():~趙俊,陳建軍混沌粒子群優化的模糊神經PID控制器設計J西安電子科技大學學報:自然科學版,,():~李臘梅,吳漢松模糊神經網絡控制在調速系統中的應用研究J船艦電子工程,():~程啟明,王勇浩基于蟻群優化算法的模糊神經網絡控制器及仿真研究J上海電力學院學報,,():~李紹滋,丁科,梁文林神經模糊算法及其在變頻調速中的應用研究J儀器儀表學報,,():~王曉遠,王碩,程劍飛基于模糊神經網絡的無刷雙饋電機的仿真研究J系統仿真學報,()毛六平,王耀南,孫煒,等一種遞歸模糊神經網絡自適應控制方法J電子學報,()第期年月工礦自動化IndustryandMineAutomationNoMar文章編號:X()新型三相異步電動機軟啟動器的設計*葛廣軍,王曦,馬旭克(平頂山工學院電氣與電子工程系,河南平頂山平煤集團八礦,河南平頂山)摘要:針對三相異步電動機采用降壓啟動方法存在的二次電流沖擊問題,文章提出了一種新型三相異步電動機軟啟動器的設計方案,詳細介紹了該軟啟動器的硬件及軟件設計。該軟啟動器采用CKC單片機和電力電子技術自動調節電動機輸入電壓,結構簡單、參數容易調整且電動機啟動過程平穩。實驗結果表明,該軟啟動器可根據要求設置不同的起始電壓和啟動時間完成電動機的軟啟動任務。關鍵詞:異步電動機軟啟動器單片機CKC中圖分類號:TM文獻標識碼:ADesignofaNewTypeofSoftStarterofThreephaseAsynchronousMotorGEGuangjun,WANGXi,MAXuke(DeptofElectricandElectronicEngineeringofPingdingshanInstituteofTechnology,Pingdingshan,ChinaTheEighthCoalMineofPingdingshanCoalMining(Group)Co,Ltd,Pingdingshan,China)Abstract:Aimingattheexistedproblemofcurrentimpactwhenthreephaseasynchronousmotoradoptedmethodofstepdownstarting,thepaperproposedadesignschemeofnewtypeofsoftstarterofthreephaseasynchronousmotor,introduceddesignofhardwareandsoftwareofthesoftstarterindetailsThesoftstarterusedCKCsinglechipmicrocomputerandpowerandelectronictechnologytoadjustinputvoltageofmotorautomaticallyandhadadvantagesofsimplestructure,easytoadjustparameters,aswellassmoothtostartmotorTheexperimentresultshowedthatthesoftstartercouldcompletesoftstartingofmotorbysettingdifferentstartingvoltageandstartingtimeaccordingtodemandsKeywords:asynchronousmotor,softstarter,singlechipmicrocomputer,CKC引言三相交流異步電動機作為重要的動力裝置,已被廣泛地應用到各行各業中。但是,由于其固有的啟動性能較差,通常要求采用專門的啟動設備完成正常的啟動工作,尤其頻繁啟動時更是如此。當電動機直接合閘啟動時,啟動電流很大,一般鼠籠式三相異步電動機直接啟動電流是額定工作電流的~倍,特殊情況下,可能達到倍以上。特別是當電動機容量較大時,沖擊電流會對電網及其負載造成干擾,嚴重時,甚至危害電網的安全運行。啟動電流過大時,將使電動機本身受到過大電磁力的沖擊,如果經常啟動,還有繞組過熱的危險。同時,由于啟動應力較大,使得負載設備的使用壽命降低。隨著電力電子技術和微機控制技術的發展,國內外相繼開發出以晶閘管為核心的電路元件、以單片機為控制核心的異步電動機軟啟動設備,該軟啟動設備平滑了異步電動機加速過程,大大減緩了對電網及機械設備的沖擊。采用電力半導體器件對電動機進行啟動控制的電力電子軟啟動器解決了傳統降壓啟動方法存在的二次電流沖擊問題,具有無觸點、啟動電流及啟動時間可控、啟動過程平滑等優點,并且維護工作量小,具備完善的電動機保護功能。本文詳細介紹該新型三相異步電動機軟啟動器的設計。硬件設計該軟啟動器包括主回路、控制回路和驅動保護電路等。主回路采用晶閘管反并聯三相交流調壓電路,如圖所示。三相交流調壓電路利用晶閘管進行調壓,其輸出電壓大小由晶閘管的導通角決定。圖中,個反并聯晶閘管模塊VTVT、VTVT、VTVT構成三相交流調壓電路,其輸出與電動機三相定子繞組相連接。在電動機啟動時,每隔電角度依次觸發晶閘管VT~VT,通過控制晶閘管的觸發角的大小,可調整啟動電流的大小,使電動機處于最佳啟動過程,同時減小啟動功率損耗。在電動機節能運行時,電流檢測系統自動檢測負載電流,并根據電動機額定參數自動調節電動機定子電壓,使電動機功率因數和運行效率均保持在最佳狀態。當電動機啟動完成并達到額定電壓時,閉合三相旁路接觸器KM,短接晶閘管,使電動機直接投入電網運行,以避免晶閘管元件的持續損耗。其中,主回路的晶閘管和接觸器隨電動機容量的不同可以選用不同的器件。圖主回路原理圖控制回路和驅動保護電路包括電壓檢測電路、電流檢測電路、同步信號電路、主控單片機CKC、晶閘管觸發電路、鍵盤顯示和輔助保護電路等。單片機控制系統原理框圖如圖所示。工礦自動化年月圖單片機控制系統原理框圖電壓檢測電路電壓檢測電路主要實現個功能:()同步信號檢測功能,在三相交流電壓的過零時刻開始采樣,該采樣值作為晶閘管脈沖觸發信號的同步信號()三相交流電壓信號經過變壓器降壓后,通過整流電路轉換成直流信號,再經AD轉換送入到單片機,作為電壓負反饋調節、故障診斷、過電壓和欠電壓保護的實時電壓測量值。由于軟啟動控制器必須在個電壓周期內控制可控硅的導通角,即通過確定電壓波形的過零點,延時一段時間后輸出觸發信號控制其導通角。電壓波形的過零點通過同步信號電路檢測獲得。所謂同步,就是通過供給各觸發單元不同相位的交流電壓,使得各觸發器分別在各晶閘管需要觸發脈沖的時刻輸出觸發脈沖,從而保證各晶閘管可以按順序獲得觸發。根據同步基準的不同觸發方式分絕對觸發方式和相對觸發方式。絕對觸發方式是指每一個觸發脈沖的形成時刻均由同步基準決定,這在三相橋式電路中就需要有個同步基準交流電壓,需要個專門的同步變壓器而相對觸發方式僅需個同步基準,當第一個脈沖由同步基準產生后,再以第一個觸發脈沖作為下一個觸發脈沖的基準,以此類推。該三相異步電動機軟啟動器采用的是相對觸發方式。圖為一種簡單的單相同步信號電路圖,線電壓Uab作為交流同步電壓,通過變壓器降壓后,經過零比較器形成方波信號,方波信號送入單片機的HSI引腳,正跳變產生外部中斷。R、R、C起濾波和限制流過二極管電流的作用D、D的作用是限幅比較器的差模輸入信號以保護比較器R為上拉電阻,C為去耦電容。圖單相同步信號電路圖相序檢測電路同步信號通常只有路,其它脈沖信號都以該信號為基準,因此,只有確定了相序,才能正確地發出脈沖控制晶閘管的導通順序,起到相序自適應的作用。該三相異步電動機軟啟動器將采集到的路反并聯晶閘管的管壓降信號輸入單片機,通過編寫軟件可實現相序檢測功能。圖為其中的路相序檢測電路。管壓降取自反并聯的只晶閘管的陰極K和K,K和K也正好是控制部分觸發脈沖線的陰極線,可直接檢測。A相反并聯的晶閘管管壓降經過R限流和U整流橋的整流,再經過N的光電隔離,最后經濾波輸出送入到單片機的HSI引腳。同理,B、C相分別送入單片機的HSI和HSI引腳。圖相序檢測電路圖電流檢測電路電流檢測的方法多種多樣,用電流互感器測得的交流電流值,含有脈動成分,可采用硬件或軟件的方法減小脈動的影響。圖為電流檢測電路圖,將電流互感器二次側交流電流轉換成與之成正比的直流電壓,輸入單片機的P引腳,通過AD轉換器,將轉換得到的數值送給CPU,由軟件比較檢測電流與給定電流的差值,按照PID調節器算法完成限流調節和過流保護功能。圖電流檢測電路圖晶閘管觸發電路單片機給出的控制信號,經脈沖變壓器送出一定脈寬的脈沖信號驅動晶閘管的導通,并通過導通角改變加在電動機的電壓大小。其中,脈沖的同步由上述同步信號電路產生,而脈沖的移相、形成和輸出則由單片機完成。晶閘管觸發電路采用絕緣強度高、隔離效果好的脈沖變壓器(PTR),共有路,個周期內輸出路相角差為的個驅動信號。圖為路晶閘管觸發電路圖。圖晶閘管觸發電路圖年第期葛廣軍等:新型三相異步電動機軟啟動器的設計軟件設計該軟啟動器的軟件主要分為主程序、啟動程序以及中斷服務程序幾個部分。主程序完成各種參數的輸入、設定以及電壓、電流的檢測、采樣和計算,而啟動程序則和中斷服務程序一起完成按照外部所設定的參數和要求實現軟啟動功能。啟動程序流程如圖所示。圖啟動程序流程圖實驗結果筆者將設計完成的軟啟動器帶上臺kW的YBF系列極風機用隔爆型三相異步電動機進行實驗,測得的實驗數據如下。()通過軟啟動器降低電動機定子電壓對功率因數影響的空載實驗數據如表所示。表空載降壓對功率因數影響的實驗數據表UVIAcos從表可看出,通過軟啟動器降低電動機定子電壓可以提高電動機的有功功率,達到節能的目的。()電動機在不同負載率運行時的實驗數據如表所示。從表可看出,電動機在額定負載附近運行時,其效率和功率因數變化不大。隨著負載率的降低,電動機的運行效率逐漸提高,功率因數增加更為顯著。當電動機負載率大于時,節能效果不明顯當電動機負載率在~之間時,電動機的效率變化不大,但功率因數明顯提高,有一定的節能效果當電動機負載率小于時,節能效果顯著,電動機的效率和功率因數均有較大提高。實驗結果表明:電動機負載率小于時安裝軟啟動器的節能效果顯著。當忽略負載變化引起的表電動機在不同負載率運行時的實驗數據表負載率無軟啟動器運行情況PWcos有軟啟動器運行情況PWcos電動機參數變化時,隨著定子電壓的降低,異步電動機的轉矩會減小,所以采取降壓措施節能時,降壓運行還受到電動機能否帶動負載正常運行的制約。通常異步電動機的過載倍數一般為~,降低電壓的最小值范圍大致為~。結語本文通過研究三相交流異步電動機啟動和運行特性,采用一種新型軟啟動器對電動機的輸入電壓進行控制,并通過設定啟動和停止時間,對電動機實現軟啟動和停車。實驗結果表明,該軟啟動器安裝簡單、操作方便、運行可靠,可根據要求設置不同的起始電壓和啟動時間完成電動機的軟啟動任務。參考文獻:劉承香,張波單相異步電機動態節能控制裝置的研制J電力電子技術,():~袁小平,何玉偉,孫先緒,等電動機智能節能控制器的研究與應用J工礦自動化,():~鄧勇用單片機控制的智能型軟啟動器J微電機,():~GEHongjuan,MUXinhua,ZHOUBo,etalImplementationofDSPbasedMatrixConverterPrmanentMagneticSynchronousMotorClosedloopControlSystemCInternationalConferenceonElectricalMachinesandSystems,,Nanjing:~LIUPengStudyontheVoltageStabilityofInductionMotorLoadCIEEEPowerSystemsConferenceandExposition,,NewYork:~劉復華XCKX單片機及其應用系統設計M北京:清華大學出版社,林輝,王輝電力電子技術M武漢:武漢理工大學出版社,工礦自動化年月